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1、第30卷第4期武汉工程大学学报Vol.30No.42008年07月J.WuhanInst.Tech.Jul.2008文章编号:1674-2869(2008)04-0046-05废旧锂离子电池正极材料回收工艺研究1,22＊1＊33徐源来,徐盛明,池汝安,王成彦,邱定蕃(1.武汉工程大学湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室,湖北武汉430074;2.清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084;3.北京矿冶研究总院,北京100044)摘要:废旧锂离子电池含有大量的钴、铜等紧缺有色金属元素和六氟磷酸锂等有毒有害物质,必
2、须对其进行资源化回收及无害化处理.本文采用“拆解※NMP浸泡正极材料※钴酸锂粉末的浸出※P204萃取除杂※P507萃取分离钴、锂离子”流程处理废旧锂离子电池,获得了合格的氯化钴溶液.该工艺的特点在于:正极片中的铝箔以单质形态回收,而正极材料中97.33%的钴以氯化钴的形式回收,成功地实现了锂离子电池正极材料中有色金属的分离与回收利用.关键词:废旧锂离子电池;正极材料;回收;钴中图分类号:X705文献标识码:A钴酸锂构成;而负极片主要为铜箔和石墨,负极材料0引言的成分单一、容易分离.由于钴金属价格高,且成分较为复杂,废旧锂
3、离子电池正极材料的回收利用成锂离子电池是具有一系列优良性能的绿色电为人们研究的重点.本文试验采用的废旧锂离子电池,问世10多年以来,已被广泛应用于移动电话、池正极片是由广东省佛山市南海某公司提供.笔记本电脑、摄像机、数码相机等民用及军事应用本试验过程中采用的化学试剂:N-甲基吡咯领域.但其寿命大约只有3年左右,随着锂离子电烷酮(NMP)、硫酸、盐酸、过氧化氢等均为分析纯池的广泛应用,已大量进入失效、回收阶段,如何试剂;萃取剂(P204和P507)为工业品,而试验过回收废旧锂离子电池和资源化循环利用已成为社程中使用的水均为
4、去离子水.会普遍关注的问题.回收处理废旧锂离子电池不1.2实验原理及检测方法仅可以解决废旧电池所带来的一系列环境问题,[3～9]在参考国内外文献的基础上,本研究提出而且对电池中有色金属进行了回收利用,能有效的工艺流程为:拆解废旧锂离子电池※NMP浸泡缓解资源的紧缺.正极材料※钴酸锂粉末的浸出※P204萃取除杂※我国是钴资源极为缺乏的国家,一直长期依赖P507萃取分离钴、锂离子※(得到)氯化钴溶液.从民主刚果、南非和摩洛哥等非洲国家进口钴精矿锂离子电池正极材料中有作为集流体的铝等弥补国内缺口.而锂离子电池中钴的质量分数约箔
5、,而铝离子对萃取剂具有毒性,故预处理中除铝为15%,远高于钴矿山的可开发品位,且原料相对的效果直接影响到后续分离步骤.依据有机溶剂集中.随着矿产资源这种不可再生资源的耗竭,有色能溶解掉正极材料中的粘结剂,本实验采用有机金属今后的重点将转向废弃物中有色金属的回收利[1～2]溶剂(N-甲基吡咯烷酮)浸泡处理正极钴锂膜,使用,废旧电池就是其中一个重要来源.钴酸锂粉末与铝箔分离,在不改变铝箔的金属形1实验方法态的前提下直接回收得到含铝的废料.得到钴酸锂与石墨黑色的混合粉末经过滤、洗涤、烘干后在1.1实验原料及试剂硫酸与过氧化氢的
6、体系中浸出,得到用于萃取分锂离子电池由外壳和内部电芯组成.电池的外离操作的浸出液.浸出过程的化学方程式为:壳为不锈钢或镀镍钢壳,有方形和圆柱形等不同的2LiCoO2+3H2SO4+H2O2=型号.内部电芯为卷式结构,由正极、电解液和负极2CoSO4+O2←+Li2SO4+4H2O等主要部分组成,正极片主要由铝箔、有机粘结剂和收稿日期:2008-05-22基金项目:国家自然科学基金面上项目(50674060)、国家自然科学基金重点项目(50734005)作者简介:徐源来(1983-),女,湖北武汉人,硕士研究生.研究方向:
7、化工冶金.＊通信联系人:池汝安,教授,博士生导师;徐盛明,副教授;邱定蕃,中国工程院院士.第4期徐源来,等:废旧锂离子电池正极材料回收工艺研究47含钴、锂离子的浸出液先经过萃取剂P204萃由图1、2可以看出,钴酸锂粉末能从铝箔上取操作除去其中的杂质离子,然后使用萃取剂完全脱落,钴酸锂进入有机溶剂NMP,铝箔能以P507萃取操作分离水相中的钴、锂离子,得到的富含铝废料形式回收,分离过程中不改变原料的形钴有机相使用2mol/L的盐酸溶液反萃,可以得态也不产生新的污染物,即钴锂能达到分离目的,到最终产品氯化钴溶液.使用此方法,
8、不仅能使有色金属资源得到了最大溶液中金属离子的分析:常量分析采用滴定的回收利用,同时也大大的减轻了后续萃取步骤法,微量分析则采用原子吸收分光光度法中除铝的工作.(SP-3520AAPC原子吸收分光光度计,上海光谱仪2.2酸浸出和P204萃取净化过程器有限公司);而浸出液成分全分析,则采用2.2.1钴酸锂的浸出洗涤预处
