[发明专利]一种退役动力锂电材料高值资源化的方法

说明书

本发明公开了一种退役锂电资源化方法。包括以下步骤：(1)将退役锂电拆解，所得电芯多维检测，能量密度大于80％的进行梯次利用；(2)电芯能量密度低于80％的，进行储能利用；(3)储能、放电后的电芯经破碎、分选，得到电池黑粉；(4)所得电池黑粉进行控电位协同浸出，体系浸出电位传输至电位控制系统，反应电位以数字信号传输至信号转换系统，脉冲信号经自动控制系统转化为动力调控信号，动力信号反馈至加料系统，由加料系统调控浸出物加入速率，实现控电位协同浸出黑粉中高价态、难反应的Co、Mn、Ni元素；(5)浸出液经梯级除杂、精准分离制备电池级镍钴锰锂产品。本发明易于实现自动化，可高效提取退役锂电中有价组份。

技术领域

本发明涉及一种退役动力锂电材料高值资源化的方法，特别涉及一种退役动力锂电梯次利用、锂电材料控电位高效浸出、资源循环高值利用、保护环境的方法。

背景技术

退役动力锂以其比容量高、循环次数多、自放电率低、无记忆效应、安全环保及电化学性能好等优点，广泛应用于新能源汽车、移动电子产品、储能、军事等领域。伴随新能源汽车产业的飞速发展，新能源汽车动力电池呈现出爆发增长趋势。2019年全球动力电池装机容量为115.21GWh，同比增长18.16％。我国已成为世界上最大的锂电池生产、消费和出口国。随着对电动汽车续航里程要求的逐渐提高，具有高能量密度的退役动力锂将会得到更广泛的应用。2019年我国三元锂电装机量达 50.75GWh，占国内动力电池装机容量的62.13％。预计2022年，动力电池装机量将达到 250GWh。

锂离子电池经多次充放电循环后，电池材料发生改变，电池失效报废。目前，锂离子电池的平均寿命为3-5年，前期保有量巨大的动力电池，从2019年起，已步入大规模退役报废阶段。我国动力电池理论报废量将由2019年的12.34Gwh增长至2025年的125.6Gwh，约145 万吨，年复合增长率超过70％。因此，未来锂离子电池报废量巨大。

目前，国内动力电池报废处理方式以拆解回收为主，但回收企业规模普遍较小，主要以小作坊为主，工艺技术落后、装备简陋，专业回收公司和政府回收中心较少，体系有待构建。而在废弃三元锂电池综合回收、循环利用方面，更是处于初步探索阶段。三元锂电池中，主要以回收锂、钴、镍、锰金属元素为主。按照目前正极材料的回收效率，专家预测2025年金属资源回收潜力将达到9.8万吨。根据现有相关金属的平均价格计算，2025年市场规模将超过240亿元，2019-2025年的市场容量预计达到559亿元，并且今后将呈现出爆发式的增长。因此，对退役动力锂电的回收利用，具有较好的经济效益与社会效益。

目前，退役动力锂电材料中有价组份的回收研究较多，其主流工艺为：将退役动力锂电经过拆解、放电、破碎、热解、浸出、分离、合成得到镍钴锰的盐类产品、三元前驱体或正极材料。授权或申报的代表性专利为：CN111690812A、CN110527846B、CN110527835B、CN111321298A、CN108559846B、CN109193057B、CN110950364A、CN110872648A、CN110828926A、CN110527846B、CN108963371A、CN108987841A、CN109082522A。上述专利核心工艺过程为：将废旧锂离子动力电池进行拆解，拆解后的主要目标组份电芯置于盐水中放电；充分放电后的电芯进行破碎、热解、筛分，得到电池黑粉与铜箔和铝箔；将脱除电解液、粘结剂等有机质的电池黑粉加入浸出系统，传统的浸出体系主要分为无机酸或有机酸，无机酸浸出剂主要为盐酸、硫酸、硝酸；有机酸浸出剂主要为柠檬酸、苹果酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、抗坏血酸等；浸出过程在一定的温度和加入双氧水为还原剂的条件下进行。

浸出后的溶液采用氯酸钠氧化、调节pH除铁铝，并将除杂后含镍钴锰溶的溶液进行检测分析，根据所要制备镍钴锰三元前驱体或正极材料组成的要求，配制、加入可溶性镍钴锰硫酸盐溶液于净化液中，以调控镍钴锰的原子数比得到混合溶液，并向混合溶液中加入氢氧化钠和氨水,并调节pH值为6～12进行镍钴锰离子共沉淀，得到镍钴锰三元前驱体，并将所得镍钴锰三元前驱体煅烧得到正极材料；或将除杂后的溶液进行化学沉淀、萃取分离得到镍钴锰的盐类产品。