[发明专利]一种锂离子电池废料的钴金属回收方法及其设备

说明书

本发明公开了一种锂离子电池废料的钴金属回收方法及其设备；回收方法包括以下：步骤一、固体废料与碱金属溶液混合，充分反应，螯合形成钴‑有机物中间体；步骤二，对含有钴‑有机物中间体的溶液与固体的混合物进行固液分离；步骤三，对含有钴‑有机物中间体的溶液进行水热反应，结晶出氢氧化钴粉末；其中，步骤一中所述的固体废料为锂离电池中含有钴元素的废料，在与碱金属溶液混合时，进行粉碎和干燥的预处理；在步骤二的固液分离时，对固体物表面进行水洗和/或醇洗。本发明在密闭系统中，利用碱金属溶液与固体混合物反应，将钴元素提取出来，反应条件温和且不向外界环境排放废弃，其中的溶剂还可回收再利用，反应快，成本低，是有效回收锂电池中钴元素的简便节能的方法。

技术领域

本发明涉及一种钴金属回收方法，尤其涉及一种回收电极材料，粘合剂和导电碳材料的混合物中钴的回收方法及其设备。

背景技术

目前，锂离子电池(lithium ion battery,LIB)由于其高功率、高能量密度、高开路电压、长存储寿命、低自放电率和宽工作温度范围，已被广泛用于电子设备、电动汽车(EV)和电化学电源存储系统。随着消费电子产品的更新换代以及未来大量动力电池进入报废周期，废旧锂电池的数量将急剧上升,锂电池回收爆发在即。动力电池即将迎来首批退役潮，若得不到妥善处理，将会造成环境污染和资源的浪费。虽然LIB在技术上被认为是“绿色环保”，但LIB内的电解液是易燃的，如果LIB燃烧或暴露在空气或水中，可释放HF等有毒气体。此外，用于LIB的Co和Ni也被归类为致癌、致突变物质，具有生殖毒性。因此，回收废旧锂电池中正极材料，可以有效减少环境污染和致病风险，提高原材料的再生利用效率。从经济角度来看，LIB回收对于节约资源和回收高成本金属也非常重要，因此，废旧LIB的回收具有重大意义。如何合理地回收并利用废旧锂离子电池有价元素，提高资源回用率、减少环境污染已成为当前亟待解决的问题，具有重要的环境和经济意义。目前全球并无大型回收业务，原因为过往电池消耗不足以使有关业务产生经济效益。尽管如此，尚遗留未经处理的废旧电池，可能会成为严重的环境问题及破坏促进采用电动汽车的成果。回收的目的是将废产物的成分分成不同的部分，并将这些部分重新引入生产中，回收的目标是减少浪费，并以节能和经济的方式处理有害物质。

通常，基于反应特征，废旧LIB的处理过程可以分为三类：物理法、化学法和生物法。废旧锂电池组成多样且材料性质差异巨大，在回收利用过程中，需要将电池进行预处理，拆解各个组成部分并归类，然后采用不同技术回收提纯有价金属。物理回收过程通常用作预处理，将负极材料与其他组件(如集电器和粘合剂)分离，从而减少杂质并促进后续的回收。并且根据LIB的不同物理特性(包括密度，溶解度，磁性等)，常用的物理回收方法有机械分离和有机溶剂溶解。从预处理得到的正极电极材料中浸出有价金属的方法较多，最常见的是化学处理方法，如酸浸出、碱浸出方法等，然后再回收提纯有价金属元素。具有代表性的回收提纯方法主要有浮选法、沉淀法、溶剂萃取法、电沉积法。还有一种是生物浸出法，如嗜酸性氧化亚铁杆菌回收废旧锂离子电池中的钴和锂。此方法虽然提供了钴元素回收的新方法，但是嗜酸性氧化亚铁杆菌对钴酸锂的浸出率很低，所以未来需要培养浸出率更高的菌种。与其他方法相比，生物浸出法具有消耗酸量少，成本低操作简单，环境影响小等优点，但是周期长,在菌种选择培养，浸出条件控制，生物浸出机理方面还需加强研究。

传统的锂离子电池回收技术包括火法冶金、湿法冶金等工艺，无一例外都是将正极材料粉碎、筛选后采用高温焚烧、酸浸出、碱浸出或者酸碱联用等工艺，溶解有价金属后再采用沉淀、萃取等技术提纯回收钴、锂等元素。这些工艺技术虽然都成功的回收了废旧锂电池中的有价元素，获得了高纯度的产品，但是也造成一定的资源和能源的浪费而且回收过程复杂难以按比例放大。废旧LIB的工业规模回收工艺主要基于火法冶金方法，该方法操作简单，但需要更高的能量消耗并产生二次污染。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种锂离子电池废料的钴金属回收方法及其设备。

本发明的目的通过下列技术方案来实现：