[发明专利]一种聚乙二醇-柠檬酸溶剂用于选择性浸出废旧钴酸锂电池中金属成分的方法

说明书

本发明公开了一种利用聚乙二醇‑柠檬酸混合溶剂选择性浸出钴酸锂电池中金属成分的方法，包括以下几个步骤：1)将聚乙二醇和柠檬酸在加热条件下混合搅拌形成均一的混合溶剂；2)获取钴酸锂电池废料；3)电池废料加入到步骤1)制得的混合溶剂中，充分搅拌加热进行浸出；4)加水稀释，过滤出3)步骤后溶液中的不溶杂质，得到浸出液，对废旧电池中的金属成分进行回收。本发明采用聚乙二醇‑柠檬酸溶剂浸出钴酸锂电池中金属成分，具有选择性浸出钴、锂的特点，无需在预处理阶段剥离集流体铝箔和铜箔，浸出率高，选择性好，经济性好，对环境友好，具有较高的工业化推广价值。

技术领域

本发明属于废旧锂电池回收及再利用技术领域，设计废旧锂离子电池金属材料的回收，具体是涉及一种由聚乙二醇-柠檬酸混合形成的混合溶剂选择性浸出废旧钴酸锂电池金属成分的方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、比能量大、体积小、质量轻、循环寿命长、无记忆效应等优点，锂离子电池的应用越来越广泛。钴酸锂常用于锂离子电池的正极材料，其电化学性能优异，常用于小型便捷式电子设备的电源。但其寿命有限，但从环保和经济角度上说，对废旧的钴酸锂电池进行高效的回收利用问题亟待解决。

正极材料是锂离子电池的重要组成部分，成本占比高达1/3。钴酸锂正极材料中含有大量锂，钴等不可再生金属，处置不当不仅会造成环境污染，同时也造成大量的资源浪费。其中正极活性物质涂布在正极集流体铝箔上，负极主要成分是导电活性炭，涂布在集流体铜箔上。因此回收处置废旧锂离子电池不仅能够保护环境，又能回收锂、钴、铜、铝等有价金属资源，实现环境和经济双重效益。

目前废旧锂离子电池的回收方法主要为：火法冶金、湿法冶金和生物冶金。火法处理工艺主要是高温热解，电池内的电解液和有机物等高温焚烧后对人体和环境影响较大，并且能耗高，回收率较低，是一种比较初级的废物处理办法。生物冶金的细菌培植周期长，处理困难，难以大规模应用。而湿法冶金方法处理废旧电池，金属成分的回收效率更高，气体排放量更少，在可持续化工过程中具有更好的优势。

湿法冶金处理废旧锂离子电池技术中，酸浸是最简单常用的方法。利用无机酸(如盐酸、硫酸、磷酸和硝酸等)或有机酸(柠檬酸，苹果酸，乳酸，甘氨酸等)浸取金属离子，然后通过调节pH或加盐的方式使这些金属离子沉淀出来得以回收。无机酸酸浸过程中易释放出氯气、三氧化硫和氮氧化物等有害气体，后续无机酸废水也是对环境的一大威胁。而有机酸是弱酸，在酸浸过程中，往往需要消耗的量较多。

目前已有许多研究致力于开发更绿色环保的溶剂用于浸出废旧钴酸锂电池的正极粉末。其中低共熔溶剂是一类很有潜力的绿色溶剂，由Abbott等人提出，是一种共晶混合物，由两种或多种纯物质组成，组分间具有氢键作用，分为氢键供体和氢键受体。其对金属氧化物具有较高的溶解度，通过改变其氢键供体，能改变对金属氧化物的溶解度。因具有和离子液体相似的性质，也被称为类离子液体，具有熔点低，蒸汽压低，可生物降解，易制备，成本较低，原料来源广等优点。

Ajayan等人首次将剥离出来的钴酸锂正极粉末溶解在氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂中，能够分别回收铝箔，粘接剂和残留的导电碳。通过加盐或电沉积的方法，回收钴和溶剂。但是浸出时所需温度较高，135℃以上才能有效浸出，时间长，效率不高。因此目前研究的主要方向为：在温和条件下，能够更高效率地回收钴酸锂电池的绿色环保的浸出溶剂。

目前用于钴酸锂电池正极粉末浸出的低共熔溶剂主要有：聚乙二醇-硫脲，氯化胆碱-柠檬酸，氯化胆碱-酒石酸，对甲苯磺酸-氯化胆碱，氯化胆碱-尿素。其中对甲苯磺酸-氯化胆碱能够在短时间，80℃下对钴酸锂有效浸出，无需添加任何还原剂。但其本身含有有机强酸，且含氯、硫离子，对设备和环境都有较大的威胁。而氯化胆碱-柠檬酸对含铝粉、铜粉的钴酸锂能够有效浸出，其中铜和铝充当还原剂。该研究提供了一种预处理后正极粉末存在杂质金属铜铝箔时有效浸出的方法。但其对金属成分没有选择性浸出的作用，得到的浸出液金属离子种类多，后续分离纯化步骤复杂。选用的萃取剂价格昂贵，不适宜工业化。