废旧锂离子电池电极材料中钴的无氧焙烧回收.doc

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2017.05.03废旧锂离子电池电极材料中钴的无氧焙烧回收齐婷，陈家锋，李佳，许振明（上海交通大学环境科学与工程学院，上海，200240）摘要：综合运用XRD、ICP及TOC表征破碎废旧锂离子电池筛分后得到的电极材料成分，并利用TGA、GC-MS对电极材料的碳热还原反应机理进行探究。在无氧焙烧条件下，废旧锂离子电池中的负极材料石墨与正极材料钴酸锂发生反应，得到产物钴与碳酸锂，经湿式磁选分离后，钴以单质形式富集在磁性固体中，钴回收率为95.12%。关键词：废旧锂离子电池；钴；无氧焙烧中图分类号：TF826；X705文献标志码：A

2、文章编号：1007-7545（2017）05-0000-00Oxygen-freeRoastingtoRecycleCobaltfromElectrodeMaterialsofWasteLithiumIonBatteriesQITing,CHENJia-feng,LIJia,XÜZhen-ming(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China)Abstract：XRD,ICPandTOCwereappliedtocharacterizeelectrod

3、ematerialsobtainedbysievingofwasteLi-ionbatteries.ThemechanismsofcarbonthermalreductionwereinvestigatedbyTGAandGC-MSunderoxygen-freecondition.Undertheconditionofoxygen-freeroasting,anodematerialgraphiteinwastelithium-ionbatteryreactswithcathodematerialtoobtainproductsofcobaltandlithiumcarbonate.

4、Cobaltispresentinmagneticsolidafterwetmagneticseparationwithfinalrecoveryrateof95.12%.Keywords：wastelithiumionbatteries;cobalt;oxygen-freeroasting近年来，随着电动汽车的迅猛发展，锂离子电池在全球范围内的市场份额也呈现爆发式增长。然而，锂离子电池的循环寿命有限，巨大的出货量也将导致大量的废旧锂离子电池的产生。锂离子电池中，金属钴占5%~20%、金属镍占5%~10%、金属锂占5%~7%，还含有15%的有机化合物及7%的塑料组分[1]。利用回收的钴

5、和镍来再生产锂电池正极材料可以节省51.3%的自然矿藏[2]，另一方面，相较于传统的电池而言，锂离子电池组成成分更复杂，报废后若无妥善处理直接丢弃，不仅浪费了资源，还会给环境带来负面影响[3]。因此，有效回收处理废旧锂离子电池中的钴资源，既有利于循环经济，又能降低环境污染。目前，国内外针对废旧锂离子电池的的回收再利用工艺流程主要包括电极材料的分离处理、钴的深度浸出、以及化学纯化过程等。核心工艺主要为湿法冶金工艺[4]，包括酸浸法[5]、生物浸渍法[6]、溶剂萃取法[7]、化学沉淀法[8]等，其中锂离子电池中的负极材料石墨大部分作为杂质分离，方便后续金属的深度提取，但分离效率较低。工艺流

6、程多采用酸碱及有机溶剂进行钴的回收[9]，容易带来二次污染，钴往往以化合物的形式富集于溶液中。本文基于碳热还原的机理，利用废旧锂离子电池内部的负极材料石墨作为还原剂，与正极材料钴酸锂进行无氧焙烧反应，钴以单质形式存在于产物中，经过湿式磁选分离后有效地回收了有价金属钴。另外还探究了反应温度以及反应气氛对钴回收率的影响，优化了反应参数。该工艺简化了分离电极材料的流程，无需额外添加任何试剂，综合利用了废旧锂离子电池自身的资源，减少了二次污染，有效地实现了钴资源的绿色回收。1试验1.1试验原料与设备废旧锂离子电池原料为直接从废弃的笔记本电脑中拆解出的18650型锂离子电池经机械破碎、筛分得到。

7、试验中采用的高温反炉为CarboliteSTF八段控温管式炉，最高温度可达1500℃。检测仪器有X射线衍射仪、等离子光谱发生仪、同步热重分析仪、气相色谱质谱仪以及总有机碳分析仪等。收稿日期：2017-01-14基金项目：国家自然科学基金项目重点项目（51534005）作者简介：齐婷（1991-），女，蒙古族，辽宁人，硕士研究生；通信作者：李佳（1980-），男，辽宁人，副教授.1.2试验方法首先对废旧锂离子电池电极材料的成分进行XRD及ICP分