破碎-分選后失效鋰離子電池的電極材料中Co、Li和C的分離回收.pdf

1、鋰離子電池(LIB)被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能等領(lǐng)域，但由于生命周期有限和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，導(dǎo)致其報(bào)廢數(shù)量與日俱增。失效鋰離子電池中含有價(jià)值金屬鈷、鋰等，且含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于精礦石的含量。目前失效鋰離子電池資源化研究以濕法冶金工藝為主，該工藝產(chǎn)生大量高濃度的化學(xué)試劑廢液，二次污染嚴(yán)重且回收處理成本較高。為滿足循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，需研發(fā)從失效鋰離子電池中回收有價(jià)金屬的環(huán)境友好、高效的新技術(shù)。為此，本文提出了無氧焙燒失效鋰離子電池電極

2、材料的回收方法，即利用負(fù)極材料（石墨）還原正極材料（鈷酸鋰）無需添加額外還原劑。
　　首先，將失效鋰離子電池進(jìn)行預(yù)處理，富集電極材料。并對預(yù)處理過程中的三廢污染等進(jìn)行檢測和評價(jià)，并提出改善措施。然后，探究高溫下石墨還原鈷酸鋰的可行性，包括熱力學(xué)理論分析、同步熱重分析。在可行性分析基礎(chǔ)上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，采用管式爐在氮?dú)鈿夥罩斜簾煌浔鹊幕旌喜牧希{(diào)節(jié)加熱溫度、保溫時(shí)間等參數(shù)，促使鈷酸鋰和石墨發(fā)生反應(yīng)。最后，采用濕式磁選法將電極材料焙

3、燒后的產(chǎn)物分離富集，并運(yùn)用X射線衍射、電感耦合等離子發(fā)射光譜儀和總碳分析儀等檢測方法表征產(chǎn)物，探究高溫反應(yīng)機(jī)制。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高溫焙燒還原鈷酸鋰的適宜條件為，物質(zhì)的量比n(LiCoO2):n(C)=4:3的混合材料在氮?dú)鈿夥罩屑訜?50℃保溫30min，鈷的回收率可以達(dá)到95.98％，鋰的回收率為94.12%，反應(yīng)方程式為4LiCoO2+3C=2Li2CO3+4Co+CO2。濕式磁選得到鈷含量為97.68%的磁性固體，焙燒和

4、分離富集全過程鈷的回收率為90.07%；碳含量為84.86%的弱磁性固體，以及鋰元素濃度為337.4mg/L的水溶液（遠(yuǎn)高于鈷元素濃度0.2046mg/L）。鋰元素的溶解率達(dá)到98.93%，焙燒和分離富集全過程鋰的回收率為93.61%。后續(xù)可利用電解法或化學(xué)法繼續(xù)提取高純度含鋰化合物。
　　本文研究結(jié)果表明氮?dú)獗簾梢詫?shí)現(xiàn)從失效鋰離子電池中回收鈷和鋰，并且本方法簡化回收工藝，減少二次污染，這為安全環(huán)保地處理失效鋰離子電池提供了思