回收廢舊鋰離子電池中金屬元素的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種回收廢舊鋰離子電池中金屬元素的方法，包括以下步驟：(1)將機械粉碎后的廢舊電池粉分散到氫氧化鈉溶液中進行溶解，溶解后以旋流分離的方法在溶液上層分離出塑料粉和碳粉、下層分離出銅粉和電極粉；(2)獲得氫氧化鋁沉淀；(3)獲得硫酸銅固體粉末；(4)獲得碳酸鋰沉淀；(5)獲得草酸鈷。本發(fā)明實現了電池粉中所含金屬元素鈷、銅、鋁和鋰的全面分離，利用該方法制得的氫氧化鋁、硫酸銅、草酸鈷和碳酸鋰均勻一致、結晶度高，本發(fā)明實現了電池材料的回收循環(huán)再利用，且該方法成本較低，適合工業(yè)化大規(guī)模生產。
【專利說明】回收廢舊鋰離子電池中金屬元素的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種回收廢舊鋰離子電池中金屬元素的方法，用于提取廢舊鋰離子電池中鈷、銅、鋁、鋰四種金屬元素。

【背景技術】
[0002]隨著鋰離子電池在各種便攜式電子設備、電動工具及電動汽車中的廣泛應用，全世界每年產生的廢舊鋰離子電池以數十億粒計算。鋰離子電池一般由正極材料、負極材料和集流體等部件組成，包含了鈷、鋰、銅、鋁等價格較昂貴的金屬元素，這些金屬元素占電池總成本的70~80%。每年鋰離子電池數十億粒的消耗量對不可再生的金屬資源的消耗是相當大的，同時鈷等重金屬元素具有較大的毒性，一旦廢舊鋰離子電池的隨意拋棄會造成嚴重的環(huán)境污染，因此，回收處理鋰離子電池中含量和經濟價值高的金屬，不僅對自然資源循環(huán)再利用具有重要意義，而且還能有效保護社會環(huán)境，促進整個社會的良性經濟發(fā)展。
[0003]當前，鋰離子電池的回收處理主要集中在正極材料中鈷元素的提取，已經工業(yè)化應用的廢舊鋰離子電池回收處理方法主要有兩類:高溫火法煅燒與濕法浸出相結合處理技術和全濕法浸出處理技術?；鸱ㄅc濕法相結合處理技術主要包括破碎、剝離、焚燒和濕法浸出分離等過程，其特點是工藝相對簡單，回收利用效率高，但一次性投資大，能耗較高，技術要求和運行成本都比較高。同時，焚燒過程產生的煙氣中可能產生二惡英類，以及硫氧化物和氮氧化物等酸性氣態(tài)污染物、煙塵和重金屬污染物，需要配備專門的煙氣凈化處理設備，大大增加了廢電池處理的成本。濕法浸出處理主要包括電池破碎或剝離、酸浸出和分離等過程。具有投資少、成本低、建廠速度快、利潤高、工藝靈活等優(yōu)勢。然而，現行濕法處理因工藝較復雜、資源回收率低和二次污染較嚴重等問題影響了其被廣泛推廣。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為了克服上述的不足，提供了一種回收廢舊鋰離子電池中金屬元素的方法，能夠提取廢舊鋰離子電池中鈷、銅、鋁、鋰四種金屬元素。
[0005]本發(fā)明的技術方案包括以下步驟:
[0006](I) 10~100g機械粉碎后廢舊電池粉分散到I~100L濃度為0.1~lmol/L氫氧化鈉溶液中進行溶解，溶解后以旋流分離的方法在溶液上層分離出塑料粉和碳粉、下層分離出銅粉和電極粉；
[0007](2)對步驟(1)中所得的溶液調節(jié)PH值在4~10之間來獲得氫氧化鋁沉淀；(3)對步驟(1)中分離出的銅粉和電極粉在600°C進行熱處理5h，使其中的銅粉完全氧化成氧化銅，再將混合粉體分散到I~100L濃度為I~lOmol/L的硫酸溶液中，待氧化銅完全溶解后利用旋液分離獲得固態(tài)電極粉和硫酸銅溶液，在80°C的條件下加熱硫酸銅溶液結晶獲得硫酸銅固體粉末；
[0008](4)將步驟(3)中的固態(tài)電極粉加入到硫酸和雙氧水混合溶液中，待電極粉完全溶解后，用2-乙基己基膦酸單-2-乙基己酯萃取其中的鋰元素，在萃取液中通入10~100mL 二氧化碳，可以獲得碳酸鋰沉淀；
[0009](5)在剩余的溶液中加入10~100g草酸來沉淀鈷元素獲得草酸鈷。
[0010]其中，步驟(2)中通過加入I~100L，濃度為I~10mol/L的硫酸來調節(jié)PH值。
[0011]步驟⑷中硫酸和雙氧水混合溶液中,硫酸和雙氧水的摩爾比為1: 0.1~10,而每Ikg電池粉加入到I~10mol硫酸和雙氧水的混合溶液中。另外,步驟(4)中2-乙基己基膦酸單-2-乙基己酯與鋰元素的摩爾比為1: 0.1~10。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013](I)實現了電池粉中所含金屬元素鈷、銅、鋁和鋰的全面分離；
[0014](2)利用該方法合成的材料氫氧化鋁、硫酸銅、草酸鈷和碳酸鋰均勻一致、結晶度聞;
[0015](3)本發(fā)明中所得到的氫氧化鋁、硫酸銅、草酸鈷和碳酸鋰實現了電池材料的回收循環(huán)再利用，該方法成本較低，尤其適合工業(yè)化大規(guī)模生產。

【具體實施方式】
[0016]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的，均可以以任何方式組合。
[0017]本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而己。
[0018]以下結合實施實例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0019]實施例子I
[0020]將1g機械粉碎后廢舊電池粉分散到IL濃度為0.lmol/L氫氧化鈉溶液中，待電池粉中可溶解部分完全溶解后，以旋流分離的方法在溶液上層分離出塑料粉和碳粉、下層分離出銅粉和電極粉，所得的溶液通過加入IL濃度為lmol/L的硫酸來調節(jié)PH值到4來獲得氫氧化鋁沉淀。接著對銅粉和電極粉在600°C進行熱處理5h，使得其中的銅粉完全氧化成氧化銅，再將混合粉體分散到IU農度為lmol/L的硫酸溶液中,待氧化銅完全溶解后利用旋液分離獲得固態(tài)電極粉和硫酸銅溶液。硫酸銅固體粉末通過在80°C加熱硫酸銅溶液結晶獲得。將剩余的固體電池粉加入到摩爾比為1: 0.1的硫酸和雙氧水混合溶液中，其中每Ikg電池粉加入到Imol硫酸和雙氧水的混合溶液中。待電極粉完全溶解后，用2-乙基己基膦酸單2-乙基己酯以摩爾比1: 0.1萃取其中的鋰元素，在剩余的溶液中加入1g草酸來沉淀鈷元素獲得草酸鈷，在萃取液中通入1mL 二氧化碳，可以獲得碳酸鋰沉淀。從而實現了鈷、銅、鋁和鋰的分離。通過本方法的回收處理，本實施例中鋁回收率為95%，銅回收率為92%，鈷的回收率為93%，鋰的回收率為77%。
[0021]實施例子2
[0022] 將100g機械粉碎后廢舊電池粉分散到100L濃度為lmol/L氫氧化鈉溶液中，待電池粉中可溶解部分完全溶解后，以旋流分離的方法在溶液上層分離出塑料粉和碳粉、下層分離出銅粉和電極粉，所得的溶液通過加入100L濃度為lOmol/L的硫酸來調節(jié)PH值到10來獲得氫氧化鋁沉淀。接著對銅粉和電極粉在600°C進行熱處理5h，使得其中的銅粉完全氧化成氧化銅，再將混合粉體分散到100L濃度為10mol/L的硫酸溶液中，待氧化銅完全溶解后利用旋液分離獲得固態(tài)電極粉和硫酸銅溶液。硫酸銅固體粉末通過在80°C加熱硫酸銅溶液結晶獲得。將剩余的固體電池粉加入到摩爾比為1: 10的硫酸和雙氧水混合溶液中，其中每Ikg電池粉加入到10mol硫酸和雙氧水的混合溶液中，待電極粉完全溶解后，用2-乙基己基膦酸單2-乙基己酯以摩爾比1: 10萃取其中的鋰元素，在剩余的溶液中加入10ml草酸來沉淀鈷元素獲得草酸鈷，在萃取液中通入100mL 二氧化碳，可以獲得碳酸鋰沉淀。從而實現了鈷、銅、鋁和鋰的分離。通過本方法的回收處理，本實施例中鋁回收率為96%，銅回收率為94%，鈷的回收率為96%，鋰的回收率為75%。
[0023]實施例子3
[0024]將10g機械粉碎后廢舊電池粉分散到IL濃度為lmol/L氫氧化鈉溶液中，待電池粉中可溶解部分完全溶解后，以旋流分離的方法在溶液上層分離出塑料粉和碳粉、下層分離出銅粉和電極粉，所得的溶液通過加入100L濃度lmol/L的硫酸來調節(jié)PH值為4來獲得氫氧化鋁沉淀。接著對銅粉和電極粉在600°C進行熱處理5h，使得其中的銅粉完全氧化成氧化銅，再將混合粉體分散到100L濃度為lmol/L的硫酸溶液中，待氧化銅完全溶解后利用旋液分離獲得固態(tài)電極粉和硫酸銅溶液。硫酸銅固體粉末通過在80°C加熱硫酸銅溶液結晶獲得。將剩余的固體電池粉加入到摩爾比為1:1的硫酸和雙氧水混合溶液中，其中每Ikg電池粉加入到10mol硫酸和雙氧水的混合溶液中，待電極粉完全溶解后，用2-乙基己基膦酸單2-乙基己酯以摩爾比1: 0.1萃取其中的鋰元素，在剩余的溶液中加入10g草酸來沉淀鈷元素獲得草酸鈷，在萃取液中通入10mL 二氧化碳，可以獲得碳酸鋰沉淀。從而實現了鈷、銅、鋁和鋰的分離。通過本方法的回收處理，本實施例中鋁回收率為98%，銅回收率為97%，鈷的回收率為93%，鋰的回收率為74%。
[0025]實施例子4
[0026]將1g機械粉碎后廢舊電池粉分散到1L濃度為0.5mol/L氫氧化鈉溶液中，待電池粉中可溶解部分完全溶解后，以旋流分離的方法在溶液上層分離出塑料粉和碳粉、下層分離出銅粉和電極粉，所得的溶液通過加入1L濃度為0.5mol/L的硫酸來調節(jié)PH值為6來獲得氫氧化鋁沉淀。接著對銅粉和電極粉在600°C進行熱處理5h，使得其中的銅粉完全氧化成氧化銅，再將混合粉體分散到1L濃度為0.5mol/L的硫酸溶液中，待氧化銅完全溶解后利用旋液分離獲得固態(tài)電極粉和硫酸銅溶液。硫酸銅固體粉末通過在80°C加熱硫酸銅溶液結晶獲得。將剩余的固體電池粉加入到摩爾比為1:1的硫酸和雙氧水混合溶液中，其中每Ikg電池粉加入到1mol硫酸和雙氧水的混合溶液中，待電極粉完全溶解后，用2-乙基己基膦酸單2-乙基己酯以摩爾比1: 5萃取其中的鋰元素，在剩余的溶液中加入20g草酸來沉淀鈷元素獲得草酸鈷，在萃取液中通入20mL 二氧化碳，可以獲得碳酸鋰沉淀。從而實現了鈷、銅、鋁和鋰的分離。通過本方法的回收處理，本實施例中鋁回收率為92%，銅回收率為91%，鈷的回收率為91%，鋰的回收率為79%。
[0027]實施例子5
[0028]將500g機械粉碎后廢舊電池粉分散到80L濃度為0.lmol/L氫氧化鈉溶液中，待電池粉中可溶解部分完全溶解后，以旋流分離的方法在溶液上層分離出塑料粉和碳粉、下層分離出銅粉和電極粉，所得的溶液通過加入IL濃度為0.5mol/L的硫酸來調節(jié)PH值為4來獲得氫氧化鋁沉淀。接著對銅粉和電極粉在600°C進行熱處理5h，使得其中的銅粉完全氧化成氧化銅，再將混合粉體分散到1L濃度為lmol/L的硫酸溶液中，待氧化銅完全溶解后利用旋液分離獲得固態(tài)電極粉和硫酸銅溶液。硫酸銅固體粉末通過在80°C加熱硫酸銅溶液結晶獲得。將剩余的固體電池粉加入到摩爾比為1: 8的硫酸和雙氧水混合溶液中，其中每Ikg電池粉加入到5mol硫酸和雙氧水的混合溶液中，待電極粉完全溶解后，用2-乙基己基膦酸單2-乙基己酯以摩爾比1: 0.5萃取其中的鋰元素，在剩余的溶液中加入10g草酸來沉淀鈷元素獲得草酸鈷，在萃取液中通入200mL 二氧化碳，可以獲得碳酸鋰沉淀。從而實現了鈷、銅、鋁和鋰的分離。通過本方法的回收處理，本實施例中鋁回收率為90%，銅回收率為91%，鈷的回收率為93%，鋰的回收率為72%。
[0029]實施例子6
[0030]將200g機械粉碎后廢舊電池粉分散到20L濃度為lmol/L氫氧化鈉溶液中，待電池粉中可溶解部分完全溶解后，以旋流分離的方法在溶液上層分離出塑料粉和碳粉、下層分離出銅粉和電極粉，所得的溶液通過加入1L濃度為0.8mol/L的硫酸來調節(jié)PH值為4來獲得氫氧化鋁沉淀。接著對銅粉和電極粉在600°C進行熱處理5h，使得其中的銅粉完全氧化成氧化銅，再將混合粉體分散到5L濃度為0.lmol/L的硫酸溶液中，待氧化銅完全溶解后利用旋液分離獲得固態(tài)電極粉和硫酸銅溶液。硫酸銅固體粉末通過在80°C加熱硫酸銅溶液結晶獲得。將剩余的固體電池粉加入到摩爾比為1: 5的硫酸和雙氧水混合溶液中，其中每Ikg電池粉加入到2mol硫酸和雙氧水的混合溶液中，待電極粉完全溶解后，用2-乙基己基膦酸單2-乙基己酯以摩爾比1: 0.2萃取其中的鋰元素，在剩余的溶液中加入10g草酸來沉淀鈷元素獲得草酸鈷，在萃取液中通入10mL 二氧化碳，可以獲得碳酸鋰沉淀。從而實現了鈷、銅、鋁和鋰的分離。通過本方法的回收處理，本實施例中鋁回收率為92%，銅回收率為91%，鈷的回收率為91%，鋰的回收率為76%。
[0031]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權利要求】
1.一種回收廢舊鋰離子電池中金屬元素的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)10~100g機械粉碎后廢舊電池粉分散到I~100L濃度為0.1~lmol/L氫氧化鈉溶液中進行溶解，溶解后以旋流分離的方法在溶液上層分離出塑料粉和碳粉、下層分離出銅粉和電極粉； (2)對步驟(1)中所得的溶液調節(jié)PH值在4~10之間來獲得氫氧化鋁沉淀； (3)對步驟(1)中分離出的銅粉和電極粉在600°C進行熱處理5h，使其中的銅粉完全氧化成氧化銅，再將混合粉體分散到I~100L濃度為I~lOmol/L的硫酸溶液中，待氧化銅完全溶解后利用旋液分離獲得固態(tài)電極粉和硫酸銅溶液，在80°C的條件下加熱硫酸銅溶液結晶獲得硫酸銅固體粉末； (4)將步驟(3)中的固態(tài)電極粉加入到硫酸和雙氧水混合溶液中，待電極粉完全溶解后，用2-乙基己基膦酸單-2-乙基己酯萃取其中的鋰元素，在萃取液中通入10~100mL二氧化碳，可以獲得碳酸鋰沉淀； (5)在剩余的溶液中加入10~100g草酸來沉淀鈷元素獲得草酸鈷。
2.根據權利要求1所述的回收廢舊鋰離子電池中金屬元素的方法，其特征在于，步驟(2)中通過加入I~100L，濃度為I~10mol/L的硫酸來調節(jié)PH值。
3.根據權利要求1所述的回收廢舊鋰離子電池中金屬元素的方法，其特征在于，步驟(4)中硫酸和雙氧水混合 溶液中，硫酸和雙氧水的摩爾比為1: 0.1~10。
4.根據權利要求3所述的回收廢舊鋰離子電池中金屬元素的方法，其特征在于，步驟(4)中每Ikg電池粉加入到I~10mol硫酸和雙氧水的混合溶液中。
5.根據權利要求4所述的回收廢舊鋰離子電池中金屬元素的方法，其特征在于，2-乙基己基膦酸單-2-乙基己酯與鋰元素的摩爾比為1: 0.1~10。
【文檔編號】C22B26/12GK104164568SQ201410414358
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權日:2014年8月18日
【發(fā)明者】舒杰, 劉望才, 施江煥, 陳效寧, 張皓薦 申請人:寧波卡爾新材料科技有限公司