[发明专利]通过用金属镍处理浸提液的电池组再循环

说明书

从含镍和锂的正极活性材料中回收过渡金属的方法，其中所述方法包括以下步骤：(a)用浸提剂(优选选自硫酸、盐酸、硝酸、甲磺酸、草酸和柠檬酸的酸)处理含锂过渡金属氧化物材料，(b)将pH值调节至2.5‑8，和(c)用金属镍、钴或锰或前述中至少两种的组合处理步骤(b)中获得的溶液。

本发明涉及一种从包含镍和锂的正极活性材料中回收过渡金属的方法，所述方法包括以下步骤：(a)用浸提剂(优选选自硫酸、盐酸、硝酸、甲磺酸、草酸和柠檬酸的酸)处理含锂过渡金属氧化物材料，(b)将pH值调节至2.5-8，和(c)用金属镍、钴或锰或前述中至少两种的组合处理步骤(b)中获得的溶液。

储存电能是越来越感兴趣的主题。电能的有效储存将允许电能在有利时产生，并且在需要的时间和场合使用。二次电化学电池由于其可再充电性而非常适于该目的。二次锂电池组由于锂的原子量小且电离能大而提供高能量密度，因此在能量储存中受到特别的关注，并且二次锂电池组已经广泛用作许多便携式电子设备如移动电话、笔记本电脑、迷你照相机等的电源，而且还用于电动车辆。特别是对原料如钴和镍的增长的需求将在未来引起挑战。

锂离子电池组的寿命不是无限的。因此，预计将出现越来越多的用过的锂离子电池组。由于它们包含钴、镍和锂，它们可形成新一代锂离子电池组的有价值的原料来源。为此，已经进行了更多的研究工作，目的是从用过的锂离子电池组中回收过渡金属，并且任选地甚至回收锂。

不符合规格和要求的锂离子电池组或锂离子电池组的部件，所谓的不合格材料和生产废料，也可能是原材料的来源。

已经使用两种主要的方法来回收原料。一种主要的方法是基于相应的电池组废料的高温冶金熔炼，随后是由熔炼方法获得的金属合金(冰铜)的湿法冶金加工。另一种主要方法是电池组废料的直接湿法冶金处理。J.Power Sources，2014，262，第255页及随后各页公开了原理。该湿法冶金方法将过渡金属以其盐的水溶液或以沉淀形式例如作为氢氧化物单独地或已经以用于制备新的正极活性材料的所需化学计量提供。在后一种情况下，金属盐溶液的组成可通过加入单一金属组分调节至所需的化学计量比。

WO2017/091562描述了过渡金属的共沉淀。WO2014/180743描述了共沉淀方法，其中使用氨或胺。

本领域已知方法的主要缺点是许多再循环的过渡金属溶液或氢氧化物遭受源自相应锂离子电池组的各种元素的除镍/钴化合物以外的化合物。实例特别为Sn、Zr、Zn、Cu、Fe、F、P和Al。铁和锌通常是外壳的一部分。锡可为来自例如焊接部件的焊接组分。尽管铝可用作诸如NCA(锂化镍钴铝氧化物)的材料中的掺杂或关键组分，然而在电池组废料中存在的量是不一致的，并且通常过高。铝和铜可包含在集流体中，而铝也可以是电池组外壳的一部分。氟化物和磷包含在液体电解质中，例如广泛使用的LiPF₆盐。特别地，铜是非常不希望的，并且在正极活性材料中甚至高于10ppm的痕量在许多情况下都是不可接受的。

US2007/0196725描述了一种除去铜的方法。然而，该方法的缺点是，铜的去除是以引入另一种杂质为代价的。

因此，本发明的目的是提供一种允许容易地回收过渡金属如镍和如果合适的话钴和/或锰的方法。本发明的特定目的是提供一种方法，该方法允许回收仅包含可容许的痕量杂质如铜、铁和锌的过渡金属，以允许直接使用所得溶液来合成新的正极活性材料。

因此，已发现了开头所定义的方法，下文也称为本发明的方法或本发明的再循环方法。本发明的方法包括下文更详细定义的步骤，下文也称为步骤(a)、步骤(b)、步骤(c)等：

(a)用浸提剂(优选选自硫酸、盐酸、硝酸、甲磺酸、草酸和柠檬酸的酸)处理含锂过渡金属氧化物材料，

(b)将pH值调节至2.5-8，和

(c)用金属镍、钴或锰或前述中至少两种的组合处理步骤(b)中获得的溶液。

步骤(a)至(c)按上述顺序进行。