正極材料有價金屬提取方法

當前說的動力鋰電池回收，其實并沒有做到整個電池上各類材料的全面回收再利用。正極材料的種類主要包括：鈷酸鋰，錳酸鋰，三元鋰，磷酸鐵鋰等。

電池正極材料成本占據(jù)單體電池成本1/3以上，而由于負極目前采用石墨等碳材料較多，鈦酸鋰Li4Ti5O12和硅碳負極S i/C應(yīng)用較少，所以目前電池的回收技術(shù)主要針對的是電池正極材料回收。

廢舊鋰電池的回收方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法三大類。與其他方法相比，濕法冶金因其能耗低、回收效率高及產(chǎn)品純度高等優(yōu)點被認為是一種較理想的回收方法。

2.1 物理法

物理法利用物理化學(xué)反應(yīng)過程對鋰離子電池進行處理。常見的物化處理方法主要是破碎浮選法和機械研磨法。

1) 破碎浮選法

破碎浮選法是利用物質(zhì)表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異進行分選的一種方法，即首先對完整的廢鋰離子電池進行破碎、分選后，將獲得的電極材料粉末進行熱處理去除有機粘結(jié)劑，最后根據(jù)電極材料粉末中鈷酸鋰和石墨表面的親水性差異進行浮選分離，從而回收鈷鋰化合物粉體。破碎浮選法工藝簡單，可使鈷酸鋰與碳素材料得到有效分離，且鋰、鈷的回收率較高。但是由于各種物質(zhì)全部被破碎混合，對后續(xù)銅箔、鋁箔及金屬殼碎片的分離回收造成了困難; 且因為破碎易使電解質(zhì)LiPF6與H2O 反應(yīng)產(chǎn)生HF 等揮發(fā)性氣體造成環(huán)境污染，需要注意破碎方法。

2) 機械研磨法

機械研磨法是利用機械研磨產(chǎn)生的熱能促使電極材料與磨料發(fā)生反應(yīng)，從而使電極材料中原本黏結(jié)在集流體上的鋰化合物轉(zhuǎn)化為鹽類的一種方法。不同類型的研磨助劑材料的回收率有所區(qū)別，較高的回收率可以做到：Co 回收率98%，Li 回收率99%。機械研磨法也是一種有效的回收廢舊鋰離子電池中鈷和鋰的方法，其工藝較簡單，但對儀器要求較高，且易造成鈷的損失及鋁箔回收困難。

2.2 化學(xué)法

化學(xué)法是利用化學(xué)反應(yīng)過程對鋰離子電池進行處理的方法，一般分為火法冶金和濕法冶金2 種方法。

1) 火法冶金

 

火法冶金，又稱焚燒法或干法冶金，是通過高溫焚燒去除電極材料中的有機粘結(jié)劑，同時使其中的金屬及其化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，以冷凝的形式回收低沸點的金屬及其化合物，對爐渣中的金屬采用篩分、熱解、磁選或化學(xué)方法等進行回收。火法冶金對原料的組分要求不高，適合大規(guī)模處理較復(fù)雜的電池，但燃燒必定會產(chǎn)生部分廢氣污染環(huán)境，且高溫處理對設(shè)備的要求也較高，同時還需要增加凈化回收設(shè)備等，處理成本較高。

2) 濕法冶金

 

濕法冶金是用合適的化學(xué)試劑選擇性溶解廢舊鋰離子電池中的正極材料，并分離浸出液中的金屬元素的一種方法。濕法冶金工藝比較適合回收化學(xué)組成相對單一的廢舊鋰電池，可以單獨使用，也可以聯(lián)合高溫冶金一起使用，對設(shè)備要求不高，處理成本較低，是一種很成熟的處理方法，適合中小規(guī)模廢舊鋰離子電池的回收。

2.3 生物法

 

生物冶金法目前也在研究進行中，其利用微生物菌類的代謝過程來實現(xiàn)對鈷、鋰等金屬元素的選擇性浸出。生物法能源消耗低，成本低，且微生物可以重復(fù)利用，污染很小; 但培養(yǎng)微生物菌類要求條件苛刻，培養(yǎng)時間長，浸出效率低，工藝有待進一步改進。

 

2.4 磷酸鐵鋰回收偏冷門

 

在多種動力鋰電池中，只有磷酸鐵鋰電池正極材料不含貴金屬，而是主要由鋁、鋰、鐵、磷和碳元素組成。正因如此，企業(yè)對磷酸鐵鋰的回收分解并不熱心。對磷酸鐵鋰電池回收，有針對性的研究也比較少。

 

磷酸鐵鋰的一般處理方式，電池整體經(jīng)機械粉碎后，利用極性有機溶劑NMP或強堿溶解分離其中的鋁，剩余的材料即為LiFePO4 和碳粉的混合物。向該混合物中引入Li、Fe、P 以調(diào)整此三種元素在材料中的摩爾比，再經(jīng)球磨、惰性氣氛下高溫煅燒后可重新合成LiFePO4材料，但與首次合成的磷酸鐵鋰電池正極材料相比，該材料的電容量、充放電性能均有所下降。將失效磷酸鐵鋰電池正極材料氧化分解，回收鋰、鐵、磷、碳并重新利用才是治標治本的回收路徑。

 

研究雖少，總歸還是有人在做。比如祝宏帥等開發(fā)了一種方法，用磷酸體系浸取失效磷酸鐵鋰電池正極材料，以高效率、低成本、零廢料排放的方法實現(xiàn)更好的鋰、鐵分離效果，綜合回收鋰、鐵、磷、碳。

 

.一種回收廢舊鋰離子電池中金屬鋰的方法，其特征在于選用功能化離子液體和磷酸三丁酯的萃取體系對含有鎳離子、鈷離子、錳離子和鋰離子的水相進行選擇性萃取分離鋰，離子液體與磷酸三丁酯的體積比不超過1:1，含鋰離子的水相浸出液pH值不超過7。2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種回收廢舊鋰離子電池中金屬鋰的方法，其特征在于所述含鋰離子的水相為用含2wt％雙氧水的2M硫酸將廢舊鋰電池正極材料溶解，得到的浸出液。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種回收廢舊鋰離子電池中金屬鋰的方法，其特征在于所述功能化的離子液體為含羧基的功能化離子液體。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種回收廢舊鋰離子電池中金屬鋰的方法，其特征在于所述羧基功能化離子液體結(jié)構(gòu)如下式所示，其中R1為不同鏈長的羧基，R2，R3，R4為烷基鏈。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種回收廢舊鋰離子電池中金屬鋰的方法，特征在于所述羧基功能化離子液...

處理廢舊干電池的化學(xué)方法目前有三種：
（1）熱處理 將舊電池磨碎，然后送往爐內(nèi)加熱，這時可提取揮發(fā)出的汞，溫度更高時鋅也蒸發(fā)，它同樣是貴重金屬。鐵和錳熔合后成為煉鋼所需的錳鐵合金?；蛘咧苯訌碾姵刂刑崛¤F元素，并將氧化錳、氧化鋅、氧化銅和氧化鎳等金屬混合物作為金屬廢料直接出售。不過，熱處理的方法花費較高，瑞士還規(guī)定向每位電池購買者收取少量廢電池加工專用費。 
（2）“濕處理” 除鉛蓄電池外，各類電池均溶解于硫酸，然后借助離子樹脂從溶液中提取各種金屬，用這種方式獲得的原料比熱處理方法純凈，而且電池中包含的各種物質(zhì)有95%都能提取出來。 
（3）真空熱處理法 首先需要在廢電池中分揀出鎳鎘電池，廢電池在真空中加熱，其中汞迅速蒸發(fā)，即可將其回收，然后將剩余原料磨碎，用磁體提取金屬鐵，再從余下粉末中提取鎳和錳。
廢舊電池對土壤和地下水污染嚴重，直接或間接地危害著人們的身體健康。為此回收廢舊電池很有必要。國際上通行的廢舊電池處理方式大致有三種：固化深埋、存放于廢礦井、回收利用。前兩種做法不僅花費太大而且還造成浪費，現(xiàn)在，人們的環(huán)保意識有了很大提高，相信不久的將來，廢電池回收利用的問題必定會得到很好的解決。