[发明专利]一种四元锂离子电池正极材料回收方法

说明书

本发明涉及一种四元锂离子电池正极材料回收方法，包括步骤：拆解焙烧；球磨；浸出含铝溶液；沉淀氢氧化铝；Li元素的沉淀。本发明的有益效果是：本发明第一次对四元正极材料实现了回收再利用，同时不需要对正极极片进行复杂的物理拆解和清洗过程，含有的铝集流体和残留电解液都可以得到处理，Li、Ni、Co、Mn等金属都可以用于锂离子电池的再制造，整个过程中大量的碱辅料都可以重复利用；整个回收处理过程工艺简单，工艺流程较短，反应过程中增加的辅料少，废水、废气和固体废弃物处理简单，节能环保，有利于工业化大规模生产，符合目前产业的需求，具有非常广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于废旧锂离子电池回收领域，尤其涉及对于四元(镍钴锰铝)锂离子电池，一种回收其中有价值正极材料的方法。

背景技术

作为从移动电话到电动汽车的供能电源，锂离子电池退役报废之后造成的浪费和污染正在以惊人的速度增加。据预测，到2030年全球报废的锂离子电池将达到1100万吨以上，相比之下，仅有不到5％的废弃电池可以被回收。如果废弃电池问题得不到良好解决，则对人类的可持续发展造成的压力会越来越大。镍、钴、锰、锂等金属具有较高的回收价值，如无法充分回收利用，不仅会严重破坏土壤和地下水，还会造成巨大的价值浪费。锂离子电池原材料的短缺，也让电池材料再利用变得更加紧迫。

四元(镍钴锰铝)锂离子电池，是在传统的三元(镍钴锰)锂离子电池正极中掺入部分铝元素，抑制阳离子混排和岩盐结构等杂相的生成，减少了晶界破碎，从而显著的提升了材料的循环寿命和热稳定性，代表着未来动力锂离子电池的演进趋势，目前LG等厂家已经将其批量生产。国内外锂离子电池正极材料的回收方法往往仅针对钴酸锂和三元(镍钴锰)锂离子电池，如专利号为CN107828966A的《一种使用双氧水/硫酸体系回收三元锂离子电池正极材料的方法》、专利号为CN106929664B的《一种使用氢氧化钠和碳酸沉淀剂回收电极中锂的方法》、专利号为CN111468285A的《一种拆解破碎-低温热解-清洗分级-磁选回收的工艺对废旧三元锂离子电池中的镍钴锰进行回收的方法》。然而上述方法都未考虑四元正极材料的处理，铝是两性元素，上述方法回收的镍钴锰锂等金属中，不可避免的会有铝杂质的存在，因此无法适用于四元锂离子电池正极材料的回收。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种四元锂离子电池正极材料回收方法。

这种四元锂离子电池正极材料回收方法，包括以下步骤：

步骤一、拆解焙烧：采用四元正极的锂离子电池经过物理拆解后，将得到的镍钴锰铝酸锂正极片通过机械粉碎，分离掉机械粉碎后的镍钴锰铝酸锂正极片碎片中的大部分铝集流体；将剩下的含镍钴锰铝酸锂正极材料再在设定温度下焙烧一定时长，去除正极材料上的残留电解液，得到粉体A；

步骤二、球磨：将步骤一得到的粉体A放入球磨机中进行球磨，待粉体A的平均粒径降至设定值以内后，停止球磨，得到粉体B；

步骤三、浸出含铝溶液：根据正极镍钴锰铝酸锂活性物质与氢氧化钠溶液不发生反应，而金属铝、氧化铝以及铝酸锂在加热的条件下可迅速溶解于氢氧化钠溶液，当温度降低并且加氢氧化铝晶种的条件下，溶解铝的氢氧化钠溶液又可以析出氢氧化铝的特点，设计该流程；将粉体B投入碱溶液后将碱溶液加热至设定温度，剧烈搅拌，然后过滤得到滤渣C和溶液D，溶液D为含铝溶液；

步骤四、沉淀氢氧化铝：在溶液D中加一定量氢氧化铝晶种，对混合氢氧化铝晶种的溶液D降温结晶得到氢氧化铝，同时实现氢氧化钠的再生；将降温结晶得到的氢氧化铝一部分返回降温结晶阶段作为晶种，另一部分作为氢氧化铝产品；将过滤得到的再生氢氧化钠溶液返回步骤三用于浸出含铝溶液；

步骤五、Li元素的沉淀：将步骤三所得滤渣C与碱溶液混合后，在氮气保护条件下焙烧；将焙烧后的产物与水在室温或低温下搅拌混合；再加入碳酸盐沉淀剂，调节pH值至8.5～9.5范围内；利用碳酸锂溶解度较低的特点，将调节pH后的焙烧产物进行液固分离，生成碳酸锂沉淀F和溶液G；将得到的碳酸锂沉淀F经多次水洗和干燥，可再次用于锂离子电池的生产；