[01230476]废离子电池中钴酸锂正极活性材料的修复再生方法

1.课题来源与背景 目前,全世界范围内报废的锂离子电池超过200亿只,总量极为惊人。而废锂离子电池含有约15～20%的钴、15%的铜和0.5%的Ni。我国是钴镍资源极为匮乏却市场需求量巨大的国家之一。含钴原生矿多为含钴约0.1%的黄铁矿以及与在铜镍矿中伴生的钴。由于含钴黄铁矿几乎不可用,实际可利用的钴资源量估计只有约40000吨,是一个钴资源严重短缺的国家。已经报废的锂离子电池中所含的钴含量几乎是中国钴矿产中钴品位的850倍。显然,报废锂离子电池的回收利用相当于一座大型有色金属矿山的开发。 我国传统的有色金属工业每生产1t原生有色金属,平均需要开采70t矿石,而利用再生有色金属,能源节约85%～95%,生产成本降低70～50%。以再生铝为例,其能耗仅为原铝生产能耗的4%,再生铜的能耗也仅为原生铜生产能耗的16%。报废锂离子电池的钴含量高达15～20%,其资源循环利用不仅可以节约大量的镍钴矿产资源,而且可以大幅度降低能源消耗,保护生态环境。 报废锂离子电池中还含有少量六氟磷酸锂与有机溶剂,故报废锂离子电池是典型的危险固体废弃物,必须进行无害化处理。 综上所述,以报废锂离子电池为对象进行资源化循环利用研究,可以缓解我国镍钴金属原生矿资源不足的压力、消除对生态环境的潜在威胁、促进锂离子电池工业的可持续发展。 2.技术原理及性能指标 2.1 技术原理 在一定介质条件下,废锂离子电池经过放电处理,再被拆解分离,获得正极极片,再将该正极片焙烧、水溶解、过滤获得废钴酸锂粉末;废钴酸锂粉末与焦硫酸钾按一定比例混合后焙烧,焙烧产物用水溶解,再加入碳酸钾进行沉淀操作,获得沉淀物,向沉淀物中补充一定量的碳酸锂后煅烧,获得电化学性能良好的锂离子电池正极活性材料。过程中的滤液经成分调整后结晶处理制备处硫酸氢钾产品。 2.2 性能指标 1) 所用实验原料为焦硫酸钾; 2) Li、Co金属的回收率达100%; 3) 经修复的钴酸锂正极材料完全符合商业化材料的电化学性能指标; 4) 焙烧温度200～400℃; 5) 回收处理1吨的废锂离子电池成本约为0.2万元; 6) 回收过程没有废水、废气和废渣的产生。 3.技术的创造性与先进性 针对现有技术存在的回收过程成本高、有污染性气体排放以及产品附加值低的缺点,实现了具有“低温焙烧-水溶解浸出-再制造”技术特点的从废锂离子电池中低成本、无污染直接制备高附加值的锂离子电池正极活性材料的技术。 该技术的先进性体现在：工艺流程短、回收成本低、易操作、对设备的防腐蚀要求低、再生的钴酸锂正极材料性能优良、过程没有“三废”产生。 4.技术的成熟度,适用范围和安全性 本技术经过数百次的实验已证实了其技术指标的稳定性,已经反映出该技术具有很高的成熟度。 本技术适用范围：报废锂离子电池处理的企业、有色金属冶炼企业、锂离子电池生产企业、新能源汽车生产企业。 本技术的安全性：经过对实验过程废水、废气及实验过程压力的监测,本技术没有污染性废气、废水等排放,具有安全易操作的优点。 5.应用情况及存在的问题 本技术经历了中试工程化应用验证。 工程化应用过程技术性能指标参数达到要求,没有发现问题。 6.历年获奖情况 无