專(zhuān)利名稱(chēng)：一種由廢舊動(dòng)力電池定向循環(huán)制備鎳鈷錳酸鋰的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由廢舊動(dòng)力電池定向循環(huán)制備鎳鈷錳酸鋰的方法。
背景技術(shù)：
隨著電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)和數(shù)碼產(chǎn)品行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)電池的需求日益增加，動(dòng)力電池應(yīng)運(yùn)而生。國(guó)家正在推出許多政策鼓勵(lì)動(dòng)力電池的研究，可以預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)，會(huì)生產(chǎn)出大量動(dòng)力電池。然 而，電池都有一定期限的使用壽命，當(dāng)電池使用壽命終止后，會(huì)進(jìn)入報(bào)廢階段，以目前動(dòng)力電池的數(shù)量可以預(yù)計(jì)將產(chǎn)生大量廢舊動(dòng)力電池。由于動(dòng)力電池含有大量重金屬元素，不僅對(duì)水土環(huán)境有害，而且具有豐富的金屬資源開(kāi)發(fā)價(jià)值，所以不宜當(dāng)成普通生活垃圾進(jìn)行處理，最佳的處理方式是定向循環(huán)資源化利用。定向循環(huán)資源化利用，是指在一種產(chǎn)品報(bào)廢后，將這種產(chǎn)品經(jīng)過(guò)合理的分解和重組，制成與原產(chǎn)品性能相同或相近的同類(lèi)產(chǎn)品的一種回收利用過(guò)程。動(dòng)力電池的定向循環(huán)資源化利用，是指在動(dòng)力電池報(bào)廢后，將動(dòng)力電池材料經(jīng)過(guò)元素分解，按一定配方，制備成新的動(dòng)力電池材料。鎳鈷錳酸鋰電池材料一般采用加熱沉淀法或高溫固相法制備，控制材料粒徑一方面采用后期粉碎、篩分的方法，但該粒徑控制方法受到粉碎技術(shù)和篩分技術(shù)的限制；另一方面，在制備過(guò)程中，控制沉淀劑添加速度、攪拌速度和升溫速度，以調(diào)控晶體成核生長(zhǎng)速度，最終調(diào)控材料粒徑，但該控制方法缺乏針對(duì)性，且反應(yīng)體系中局部條件存在差異。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的鎳鈷錳酸鋰電池材料制備方法中材料的粒徑難以控制的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種由廢舊動(dòng)力電池定向循環(huán)制備鎳鈷錳酸鋰的方法，該方法是在加熱沉淀法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)插入多層基底作沉積面以沉積鎳鈷錳等元素，專(zhuān)門(mén)針對(duì)晶體成核的基底增加控制的條件，且多層基底均勻分布在反應(yīng)容器中，局部差異小，因此可以有效調(diào)控電池材料的粒徑，解決現(xiàn)有技術(shù)中控制電池材料粒度分布的難題。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種由廢舊動(dòng)力電池定向循環(huán)制備鎳鈷錳酸鋰的方法，包括以下步驟(I)將廢舊的鎳鈷錳酸鋰動(dòng)力電池拆解，取出正極片；(2)將正極片粉碎、熱解(B卩加熱)、篩分，篩上物為鋁箔，篩下物主要是鎳鈷錳酸鋰正極材料粉末和乙炔黑；(3)將篩下物溶于酸液中，不溶物為乙炔黑，過(guò)濾，得到的濾液為含有鎳、鈷、錳、鋰的混合溶液；(4)向步驟(3)的混合溶液中加入鎳鹽、鈷鹽、錳鹽，使鎳、鈷、錳元素的摩爾比為(1-3) : (1-2) :1，然后再加入氨水；(5)向步驟(4)的混合溶液中垂直插入若干塊基底，加熱至85_90°C靜置lh，再調(diào)整基底間距，恒溫靜置12_14h，在基底上沉積一層鎳鈷錳氫氧化物，此時(shí)余液為含有鋰離子的溶液；(6)取出基底，置于水中，超聲振蕩后，鎳鈷錳氫氧化物脫離基底，得到懸濁液；(7)將懸濁液過(guò)濾，將沉淀物干燥，得到鎳鈷錳氫氧化物粉末；(8)向步驟(5)的余液中加入碳酸鈉，碳酸鈉的質(zhì)量與溶液中鋰的摩爾量之比為(53-60g) : lmol,攪拌Ih,沉淀,過(guò)濾,干燥,得到碳酸鋰粉末；(9)往鎳鈷錳氫氧化物粉末中加入碳酸鋰，使鎳鈷錳氫氧化物與碳酸鋰的質(zhì)量比為(2. 5-5) :1，混合均勻，置于250°C下煅燒4h，再升溫至600-700°C，煅燒10-12h，得到鎳鈷錳酸鋰；步驟(I)的具體操作是先將廢舊的鎳鈷錳酸鋰動(dòng)力電池進(jìn)行模組分離，拆除動(dòng)力電池組的外殼，分離得到電池模塊；切割電池模塊的外殼，取出電池單體；將動(dòng)力電池單 體拆解，取出正極片；步驟(4)所述的鎳鹽為硫酸鎳、氯化鎳或硝酸鎳中的一種，鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷或硝酸鈷中的一種，錳鹽為硫酸錳、氯化錳或硝酸錳中的一種；步驟(4)所述氨水的密度為O. 90g/cm3，氨水的加入量與溶液中金屬元素總摩爾量之比為(50-60)mL: Imol ；步驟(5)所述的基底為硅片或?qū)щ姴Ａ?，基底間的起始間距為O. 5-lcm，調(diào)整后的間距為2_4cm。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果I、本發(fā)明從廢舊動(dòng)力電池正極材料中回收鎳、鈷、錳元素合成鎳鈷錳氫氧化物作為前驅(qū)體，再回收鋰合成碳酸鋰，最后將鎳鈷錳氫氧化物和碳酸鋰合成新的鎳鈷錳酸鋰正極材料，本發(fā)明能將廢舊動(dòng)力電池正極材料中的主要金屬元素回收利用，定向循環(huán)合成與原產(chǎn)品性能相同的再生產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)多種金屬的資源化利用。2、本發(fā)明合成鎳鈷錳酸鋰的步驟中，所用基底的間距小，鎳、鈷、錳離子的擴(kuò)散速度慢，因此，晶核在基底上成核較小，分布均勻，使晶體生長(zhǎng)不易團(tuán)聚，尺寸精細(xì)。3、本發(fā)明所用基底可以調(diào)節(jié)間距，通過(guò)影響鎳、鈷、錳離子的擴(kuò)散速度，可以控制晶體生長(zhǎng)的速度和大小，有利于調(diào)控合成材料的性質(zhì)和性能。


圖I是實(shí)施例I制備的鎳鈷錳酸鋰的粒度分布圖。圖2是實(shí)施例2制備的鎳鈷錳酸鋰的粒度分布圖。圖3是實(shí)施例3制備的鎳鈷錳酸鋰的粒度分布圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例I一種由廢舊動(dòng)力電池定向循環(huán)制備鎳鈷錳酸鋰的方法，包括以下步驟(I)將一個(gè)總質(zhì)量為7. 44kg的鎳鈷錳酸鋰動(dòng)力電池進(jìn)行模組分離，拆除動(dòng)力電池組的外殼，分離得到電池模塊；切割電池模塊的外殼，共取出50個(gè)質(zhì)量為89. 68g的電池單體；將動(dòng)力電池單體拆解，每個(gè)單體分別取出37. 67g正極片，50個(gè)單體共1883. 28g正極片;(2)將正極片粉碎，在400°C下加熱2h，采用60目的標(biāo)準(zhǔn)篩在振動(dòng)下進(jìn)行篩分，篩上物為鋁箔37. 67g，篩下物為鎳鈷錳酸鋰正極材料粉末1751. 45g、乙炔黑94. 16g ；(3)將篩下物溶于IOL鹽酸中，不溶物為乙炔黑，過(guò)濾除去，得到濾液為含有鎳、鈷、錳、鋰的混合溶液，測(cè)得溶液中鎳離子濃度為O. 62mol/L，鈷離子濃度為O. 63mol/L，錳離子濃度為O. 59mol/L，鋰離子濃度為I. 80mol/L ；
(4)往步驟(3)的混合溶液中，加入13g氯化鎳、50. 4g氯化錳，然后緩慢加入2. 27L密度為O. 90g/cm3的氨水；(5)在步驟(4)的溶液中垂直插入10塊硅片，硅片之間間距為O. 5cm ;加熱90°C靜置lh，再調(diào)整硅片間距為2cm，恒溫靜置14h，在硅片上得到一層鎳鈷錳氫氧化物；(6)取出硅片，置于水中，超聲振蕩5min，鎳鈷錳氫氧化物脫離硅片，得到懸濁液；(7)將懸濁液過(guò)濾，將沉淀物干燥，得到1738. Sg鎳鈷錳氫氧化物粉末；(8 )向步驟(5 )的余液中加入954g碳酸鈉,攪拌Ih,沉淀,過(guò)濾,干燥,得到665g碳酸鋰粉末；(9)往鎳鈷錳氫氧化物粉末加入698. 25g碳酸鋰，混合均勻，置于煅燒爐，以1°C /min速度升溫至250°C，恒溫4h，再升溫至600°C，恒溫12h，得到鎳鈷錳酸鋰1852. 20g。實(shí)施例I制備的鎳鈷錳酸鋰粒度分布如圖I所示，硅片起始間距為O. 5cm下，鎳鈷錳酸鋰的中粒徑D50為8. 68m。實(shí)施例2一種由廢舊動(dòng)力電池定向循環(huán)制備鎳鈷錳酸鋰的方法，包括以下步驟(I)將一個(gè)總質(zhì)量為7. 54kg的鎳鈷錳酸鋰動(dòng)力電池進(jìn)行模組分離，拆除動(dòng)力電池組的外殼，分離得到電池模塊；切割電池模塊的外殼，共取出50個(gè)質(zhì)量為91. 26g的電池單體；將動(dòng)力電池單體拆解，每個(gè)單體分別取出38. 94g正極片，50個(gè)單體共1947g正極片；(2)將正極片粉碎，在400°C下加熱2h，采用60目的標(biāo)準(zhǔn)篩在振動(dòng)下進(jìn)行篩分，篩上物為鋁箔38. 88g，篩下物為鎳鈷錳酸鋰正極材料粉末1812. 43g、乙炔黑95. 69g ；(3)將篩下物溶于IOL鹽酸中，不溶物為乙炔黑，過(guò)濾除去，得到濾液為含有鎳、鈷、錳、鋰的混合溶液，測(cè)得溶液中鎳離子濃度為O. 68mol/L，鈷離子濃度為O. 64mol/L，錳離子濃度為O. 64mol/L，鋰離子濃度為I. 92mol/L ；(4)往步驟(3)的混合溶液中，加入52g氯化鈷、50. 4g氯化錳，然后緩慢加入2. 45L密度為O. 90g/cm3的氨水；(5)在溶液中垂直插入10塊硅片，硅片之間間距為O. 75cm ;加熱90°C靜置lh，再調(diào)整硅片間距為2cm，恒溫靜置14h，在硅片上得到一層鎳鈷錳氫氧化物；(6)取出硅片，置于水中，超聲振蕩5min，鎳鈷錳氫氧化物脫離硅片，得到懸濁液；(7)將懸濁液過(guò)濾，將沉淀物干燥，得到1876. 8鎳鈷錳氫氧化物粉末；(8)向步驟(5)的余液加入1017. 6g碳酸鈉，攪拌Ih,沉淀，過(guò)濾，干燥，得到709. 34g碳酸鋰粉末；(9)往鎳鈷錳氫氧化物粉末加入753. 68g碳酸鋰，混合均勻，置于煅燒爐，以1°C /min速度升溫至250°C，恒溫4h，再升溫至600°C，恒溫12h，得到鎳鈷錳酸鋰1978. 8g。
實(shí)施例2制備的鎳鈷錳酸鋰粒度分布如圖2所示，硅片起始間距為O. 75cm下，鎳鈷錳酸鋰的中粒徑D50為9. 22 μ m。實(shí)施例3一種由廢舊動(dòng)力電池定向循環(huán)制備鎳鈷錳酸鋰的方法，包括以下步驟(I)將一個(gè)總質(zhì)量為7. 38kg的鎳鈷錳酸鋰動(dòng)力電池進(jìn)行模組分離，拆除動(dòng)力電池組的外殼，分離得到電池模塊；切割電池模塊的外殼，共取出50個(gè)質(zhì)量為 90. 77g的電池單體；將動(dòng)力電池單體拆解，每個(gè)單體分別取出38. 15g正極片，50個(gè)單體共1907. 5g正極片；(2)將正極片粉碎，在400°C下加熱2h，采用60目的標(biāo)準(zhǔn)篩在振動(dòng)下進(jìn)行篩分，篩上物為鋁箔37. 92g，篩下物為鎳鈷錳酸鋰正極材料粉末1774. 35g、乙炔黑95. 23g ；(3)將篩下物溶于IOL鹽酸中，不溶物為乙炔黑，過(guò)濾除去，得到濾液為含有鎳、鈷、錳、鋰的混合溶液，測(cè)得溶液中鎳離子濃度為O. 61mol/L，鈷離子濃度為O. 62mol/L，錳離子濃度為O. 65mol/L，鋰離子濃度為2mol/L ；(4)往步驟(3)的混合溶液中，加入52g氯化鎳、39g氯化鈷，然后緩慢加入2. 34L密度為O. 90g/cm3的氨水；(5)在溶液中垂直插入10塊硅片，硅片之間間距為Icm ;加熱90°C靜置lh，再調(diào)整硅片間距為2cm，恒溫靜置14h，在硅片上得到一層鎳鈷錳氫氧化物；(6)取出硅片，置于水中，超聲振蕩5min，鎳鈷錳氫氧化物脫離硅片，得到懸濁液；(7)將懸濁液過(guò)濾，將沉淀物干燥，得到1794g鎳鈷錳氫氧化物粉末；(8)向步驟(5)的余液中加入1060g碳酸鈉,攪拌Ih,沉淀,過(guò)濾,干燥,得到738. 9g碳酸鋰粉末；(9)往鎳鈷錳氫氧化物粉末加入720. 43g碳酸鋰，混合均勻，置于煅燒爐，以1°C /min速度升溫至250°C，恒溫4h，再升溫至600°C，恒溫12h，得到鎳鈷錳酸鋰1891. 5g。實(shí)施例3制備的鎳鈷錳酸鋰粒度分布如圖3所示，硅片起始間距為O. 75cm下，鎳鈷錳酸鋰的中粒徑D50為9. 98 μ m。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種由廢舊動(dòng)力電池定向循環(huán)制備鎳鈷錳酸鋰的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)將廢舊的鎳鈷錳酸鋰動(dòng)力電池拆解，取出正極片； (2)將正極片粉碎、熱解、篩分，收集篩下物； (3)將篩下物溶于酸液中，過(guò)濾，得到的濾液為含有鎳、鈷、錳、鋰的混合溶液； (4)向步驟(3)的混合溶液中加入鎳鹽、鈷鹽、錳鹽，使鎳、鈷、錳元素的摩爾比為(1-3) : (1-2) :1，然后再加入氨水； (5)向步驟(4)的混合溶液中垂直插入若干塊基底，加熱至85-90°C靜置lh，再調(diào)整基底間距，恒溫靜置12-14h，在基底上沉積一層鎳鈷錳氫氧化物，此時(shí)余液為含有鋰離子的溶液； (6)取出基底，置于水中，超聲振蕩后，鎳鈷錳氫氧化物脫離基底，得到懸濁液； (7)將懸濁液過(guò)濾，將沉淀物干燥，得到鎳鈷錳氫氧化物粉末； (8)向步驟(5)的余液中加入碳酸鈉，碳酸鈉的質(zhì)量與溶液中鋰的摩爾量之比為(53-60g) :lmol,攪拌lh,沉淀,過(guò)濾,干燥,得到碳酸鋰粉末； (9)往鎳鈷錳氫氧化物粉末中加入碳酸鋰，使鎳鈷錳氫氧化物與碳酸鋰的質(zhì)量比為(2. 5-5) : 1，混合均勻，置于250°C下煅燒4h，再升溫至600-700°C，煅燒10_12h，得到鎳鈷錳酸鋰； 步驟(4)所述氨水的密度為O. 90g/cm3，氨水的加入量與溶液中金屬元素總摩爾量之比為(50-60)mL:Imol ； 步驟(5)中，基底間的起始間距為O. 5-lcm，調(diào)整后的間距為2-4cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的由廢舊動(dòng)力電池定向循環(huán)制備鎳鈷錳酸鋰的方法，其特征在于步驟(4)所述的鎳鹽為硫酸鎳、氯化鎳或硝酸鎳中的一種，鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷或硝酸鈷中的一種，錳鹽為硫酸錳、氯化錳或硝酸錳中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的由廢舊動(dòng)力電池定向循環(huán)制備鎳鈷錳酸鋰的方法，其特征在于步驟(5)所述的基底為硅片或?qū)щ姴ＡА?br> 全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種由廢舊動(dòng)力電池定向循環(huán)制備鎳鈷錳酸鋰的方法，該方法包括以下步驟將廢舊電池的正極片粉碎篩分，將篩下物溶于酸液中，過(guò)濾，得到濾液；向?yàn)V液中加入鎳鹽、鈷鹽、錳鹽和氨水；插入基底，85-90℃下靜置1h，調(diào)整基底間距，再靜置12-14h；取出基底，水中超聲振蕩后，得到懸濁液；過(guò)濾，干燥，得到鎳鈷錳氫氧化物粉末；向取出基底的余液中加入碳酸鈉，攪拌，過(guò)濾，干燥，得到碳酸鋰粉末；往鎳鈷錳氫氧化物粉末中加入碳酸鋰，煅燒后得到鎳鈷錳酸鋰。本發(fā)明合成鎳鈷錳酸鋰的步驟中，所用基底的間距小，鎳、鈷、錳離子的擴(kuò)散速度慢，因此，晶核在基底上成核較小，分布均勻，使晶體生長(zhǎng)不易團(tuán)聚，尺寸精細(xì)。
文檔編號(hào)H01M4/525GK102881895SQ201210421198
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者歐彥楠, 李長(zhǎng)東, 余海軍 申請(qǐng)人:佛山市邦普循環(huán)科技有限公司, 湖南邦普循環(huán)科技有限公司