[发明专利]低共熔溶剂、其制备方法、锂电池正极材料的浸出方法

说明书

本发明公开了一种低共熔溶剂及其制备方法以及一种废旧锂电池正极材料的浸出方法，低共熔溶剂为氢键受体和氢键供体组成的混合物，由氢键受体和氢键供体混合后加热搅拌制得，氢键受体包括甜菜碱、硫代甜菜碱和盐酸甜菜碱中的至少一种；氢键供体包括还原性醇或有机酸；废旧锂电池正极材料中有价金属利用上述低共熔溶剂浸出。本发明的低共熔溶剂原材料价格低廉、来源广泛容易获得、制备成本低，且能够循环利用，降低回收成本；本发明的废旧锂电池正极材料中有价金属的浸出方法能够取代传统的火法工艺以及强酸强碱作为浸出剂的湿法工艺，实现绿色环保的目的，浸出率均可达到90％以上，回收效率高。

技术领域

本发明涉及废旧锂离子电池材料回收技术领域，具体涉及一种低共熔溶剂及其制备方法以及一种废旧锂电池正极材料的浸出方法。

背景技术

锂离子电池作为电能的优良载体被广泛且大量地使用，然而锂离子电池的使用寿命为3～6年。因此，从锂离子电池全生命周期的各个过程中产出的废料、边角料和极片料，到退役电池中的失效电池料，均有大量的正极材料亟待回收与再利用。目前，对于废旧锂离子电池的研究受到广泛的关注，对于有价金属的回收利用主要有两个阶段的工作，一为废旧电池预处理，其目的为获得较纯的正极活性材料，为后续回收做准备；二为正极材料资源化回收利用，即提取其中钴、锂、镍、锰等有价金属。

目前，工业上回收废旧锂电池中的有价金属(镍、钴、锰、锂)主要方式为火法和湿法，或者二者联用的方式。在火法工艺中，存在着操作温度高、实现成本高、以及有害废气排放等不可避免的缺点；在湿法工艺中，成本问题、回收金属纯度以及回收率能得到有效解决，但是使用强酸强碱等常用浸出剂会造成二次废液以及环境污染问题，同时，酸碱浸出剂还会损坏设备，增加回收成本。

发明内容

本发明提供了一种低共熔溶剂及其制备方法以及一种废旧锂电池正极材料的浸出方法，用以解决目前现有废旧锂电池正极材料浸出方法浸出率不高、浸出工艺不环保的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种低共熔溶剂，所述低共熔溶剂为氢键受体和氢键供体组成的混合物，所述氢键受体包括甜菜碱、硫代甜菜碱和盐酸甜菜碱中的至少一种；所述氢键供体包括还原性醇或有机酸中。

上述技术方案的思路在于，不同氢键受体，不同氢键供体，组成的低共熔溶剂性质不同，对于金属氧化物的溶解能力也不同。一般来说，氢键供体如果具有还原性，将会促进金属氧化物的浸出；氢键供体酸性越强，浸出效果也更好；氢键供体对于金属离子的络合作用越强，与其形成配合物的能力也越强；本发明通过对氢键供体和受体种类及二者搭配的选择，获得了对废旧锂离子电池正极材料浸出效果极佳的低共熔溶剂，且氢键供体和受体原料价格低廉、来源广泛、易于获得，可降低生产和后续的使用成本。

作为上述技术方案的进一步优选，所述低共熔溶剂中氢键受体和氢键供体的摩尔比为(1：9)～(1：1)。低共熔溶剂体系中，氢键受体和氢键供体的比例同样是影响浸出效果的关键性参数，经多次试验和反复研究后，上述摩尔比范围内的特定氢键受体和氢键供体相互配合，能够获得对废旧锂离子电池正极材料最佳的浸出效果。在较优摩尔比条件下，形成的低熔融溶剂越多、越稳定，对于金属氧化物的溶解能力越强。

作为上述技术方案的进一步优选，所述氢键供体选择有机酸时，所述低共熔溶剂还包括水，所述水的添加量小于低共熔溶剂质量的42％。

作为上述技术方案的进一步优选，所述还原性醇包括乙醇、乙二醇和聚乙二醇中的至少一种；所述有机酸包括柠檬酸、甲酸、对甲苯磺酸、草酸、丙二酸和戊二酸中的至少一种。柠檬酸、甲酸、对甲苯磺酸、草酸、丙二酸和戊二酸可以提供更多的氢离子，从而促进物料的溶解；而乙醇、乙二醇和聚乙二醇具有还原性，可以对金属离子进行还原，使得低价态的金属离子更容易浸出。同时，形成的低共熔溶剂会对金属离子产生络合作用，促进金属的溶解。