一種溶解廢舊鋰離子電池正極材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及廢舊鋰離子電池再資源化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溶解廢舊鋰離子電池正極材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池具有一系列優(yōu)良性能，具有高比能量，高功率密度，工作電壓高，循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，問(wèn)世十幾年以來(lái)，已被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、筆記本電腦、攝像機(jī)等領(lǐng)域，現(xiàn)在又逐步向新能源汽車，電動(dòng)工具類進(jìn)發(fā)，市場(chǎng)份額顯著提高。目前鋰離子電池正極材料主要有 LiM02 (LiCo02、LiNi02、LiNi1/3Co1/3Mn1/302)系統(tǒng)，鋰錳氧化物(LiCo02)系統(tǒng)以及鐵鋰系統(tǒng)(LiFeP04)系統(tǒng)，其中LiM02系統(tǒng)具有制備容易、污染低、價(jià)格便宜，、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的研究和利用。
[0003]然而，以鈷酸鋰為正極材料的鋰離子電池正常使用壽命大約只有3年左右，隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，廢舊電池量逐年攀升。鋰離子電池中含有六氟磷酸鋰、有機(jī)溶劑碳酸酯、鋁、銅、錳等化學(xué)物質(zhì)，其中六氟磷酸鋰有強(qiáng)腐蝕性，而碳酸酯的沸點(diǎn)在90°C左右，易揮發(fā)，易燃易爆，這些有毒有害物質(zhì)會(huì)對(duì)大氣、水、土壤造成嚴(yán)重的污染，并且還會(huì)危害人體健康。廢舊鋰離子電池中的塑料或金屬外殼、電解液、電解質(zhì)鹽以及電極廢料均具有回收價(jià)值，所以回收利用廢舊鋰離子電池具有環(huán)保價(jià)值及經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]處理廢舊鋰離子電池后得到電池的正極材料以后，要將其重新溶解才能進(jìn)一步制成高附加值產(chǎn)品。目前，很多相關(guān)研究都是以無(wú)機(jī)酸如硝酸、硫酸、鹽酸為溶劑來(lái)溶解鋰離子電池正極材料，但是無(wú)機(jī)酸的腐蝕性強(qiáng)，易污染環(huán)境，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備損害較大。本專利對(duì)廢舊鋰離子電池正極材料LiCo02在有機(jī)酸中的溶解性能進(jìn)行了研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供了一種溶解廢舊鋰離子電池正極材料的方法，該方法對(duì)廢舊鋰離子電池正極材料的溶解率較高，并且對(duì)設(shè)備的損壞較小。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種溶解廢舊鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于主要以有機(jī)酸蘋(píng)果酸為溶劑對(duì)廢舊鋰離子電池鈷酸鋰正極材料進(jìn)行溶解，具體步驟為:(1)將廢舊鋰離子電池經(jīng)過(guò)剝離外殼、破碎、篩選處理得到廢舊鋰離子電池中的鈷酸鋰正極材料；(2)將步驟(1)得到的鈷酸鋰正極材料溶解于摩爾濃度為0.1-2.0mol/L的蘋(píng)果酸溶液中，其中鈷酸鋰正極材料的質(zhì)量與蘋(píng)果酸溶液的體積比為10-90g/L，然后放在恒溫磁力攪拌器上于40-50°C進(jìn)行水浴加熱溶解；(3)向步驟(2)制得的溶液中加入質(zhì)量濃度為30%的過(guò)氧化氫溶液，其中過(guò)氧化氫溶液的體積加入量為步驟(2)制得溶液體積的3%-7%，產(chǎn)生氣泡后，過(guò)濾，洗滌，這樣即完成廢舊鋰離子電池鈷酸鋰正極材料的溶解過(guò)程。
[0007]本發(fā)明所述的步驟(2)中的蘋(píng)果酸溶液的摩爾濃度為0.75-1.25mol/L，其中優(yōu)選為1.0mol/L ;所述的步驟(2)中鈷酸鋰正極材料的質(zhì)量與蘋(píng)果酸溶液的體積比為60-75g/L，其中優(yōu)選為60g/L ;所述的步驟(2)中水浴加熱溶解的溫度為40-50°C，其中優(yōu)選為45°C;所述的步驟(3)中過(guò)氧化氫溶液的體積加入量為步驟(2)制得溶液體積的3%-5%，其中優(yōu)選為5%。
[0008]本發(fā)明使用有機(jī)酸蘋(píng)果酸做溶劑對(duì)設(shè)備損害較小，并且具有環(huán)保、工藝簡(jiǎn)單、回收率高、可工業(yè)推廣等優(yōu)點(diǎn)，另外，蘋(píng)果酸的酸性較強(qiáng)，電導(dǎo)率較高，適宜做有機(jī)酸溶劑，采用本發(fā)明的溶解方法對(duì)廢舊鋰離子電池鈷酸鋰正極材料的溶解率最高可達(dá)到99.05%。
【具體實(shí)施方式】
[0009]以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0010]將廢舊的鋰離子電池(以鈷酸鋰為正極材料)按照正確的方法步驟進(jìn)行剝離外殼、簡(jiǎn)單破碎、篩選等處理，以得到廢舊鋰離子電池中的鈷酸鋰正極材料。
[0011]先用電子天平稱取質(zhì)量為mi的鈷酸鋰正極材料樣品，將其溶解于蘋(píng)果酸溶液中，然后放在恒溫磁力攪拌器上進(jìn)行水浴加熱溶解，大約2min后測(cè)混合液的pH值，再向溶液中加入質(zhì)量濃度為30%的過(guò)氧化氫溶液，立即有大量氣泡產(chǎn)生，待氣泡消失后測(cè)得此時(shí)的pH值，再向溶液中加氨水，使溶液的pH=7，防止溶解過(guò)程中出現(xiàn)沉淀，到達(dá)一定的反應(yīng)時(shí)間后將溶液進(jìn)行抽濾，濾渣在100°C左右于電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱中干燥24h，稱量其質(zhì)量記為m2，則鋰離子電池鈷酸鋰正極材料的溶解率為:ω (%) = [(m1-m2)/m1] X 100。
[0012]本試驗(yàn)重點(diǎn)考察溶解溫度、溶解時(shí)間、料液比(鈷酸鋰正極材料的質(zhì)量與蘋(píng)果酸溶液的體積比)、過(guò)氧化氫溶液加入量(過(guò)氧化氫溶液的體積與加入蘋(píng)果酸溶液后的混合溶液的體積百分比，其中過(guò)氧化氫溶液的質(zhì)量濃度為30%)和蘋(píng)果酸溶液的摩爾濃度等五個(gè)因素對(duì)鈷酸鋰正極材料在蘋(píng)果酸溶液中的溶解率的影響，為了尋求適宜的溶解條件，根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果各取三個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。
[0013]實(shí)施例1
溶解時(shí)間對(duì)鈷酸鋰正極材料溶解率的影響
分別設(shè)定溶解時(shí)間為5min、10min、15min、20min、30min，溶解溫度50°C、料液比60g/L、過(guò)氧化氫溶液加入量7.0%、蘋(píng)果酸濃度1.0mol/L，然后測(cè)定對(duì)應(yīng)的溶解率。
[0014]隨著溶解時(shí)間的增加，溶解率逐漸增大，lOmin后溶解率基本不變，這種現(xiàn)象的原因?yàn)樵?min時(shí)鈷酸鋰正極材料未跟蘋(píng)果酸溶液反應(yīng)完全，而lOmin后溶解試驗(yàn)中的化學(xué)反應(yīng)趨于平衡狀態(tài)，故確定溶解時(shí)間為lOmin。
[0015]實(shí)施例2
蘋(píng)果酸溶液的摩爾濃度對(duì)鈷酸鋰正極材料溶解率的影響
分別設(shè)定蘋(píng)果酸溶液的摩爾濃度為0.1mol/L、0.5mol/L、l.0mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L,溶解溫度50°C，料液比60g/L、過(guò)氧化氫溶液加入量7.0%、溶解時(shí)間lOmin，然后測(cè)定對(duì)應(yīng)的溶解率。
[0016]隨著蘋(píng)果酸溶液摩爾濃度的增大，溶解率逐漸增大，當(dāng)蘋(píng)果酸溶液的摩爾濃度為
1.0mol/L時(shí)，溶解率最大，之后蘋(píng)果酸溶液的摩爾濃度繼續(xù)