废旧锂电池中锂的回收

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一、实验内容
(1)氟锂过量比单因素实验。沉淀剂氟化钠根据除杂液中锂离子的含量进行添加,氟锂过量比选取n(F)/n(Li)=1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,共进行6组实验。取6个2000mL的烧杯,按1~6顺序进行编号,并置于恒温磁力搅拌器中。量取500mL除杂浸出液置于烧杯内,开启搅拌及加热开关。按过量比计算所需氟化钠的质量,用分析天平称取氟化钠固体并置于1000mL的烧杯中。由于90℃条件下氟化钠的溶解度为5g/100g水,为保证其全部溶解,故1000mL烧杯中均加入适量比例的去离子水,并将烧杯置于万用电炉上,边搅拌边加热至90℃至氟化钠全部溶解。然后,将溶解后的氟化钠料液倒入2000mL烧杯中,控制一定温度和搅拌速率,待其沉淀锂一段时间后取出。将反应后的混合物趁热抽滤,按液固比为10:1,用去离子水分5次洗涤沉淀,并将洗涤后的沉淀置于60℃电热恒温干燥箱中烘干。(2)反应温度单因素实验。在氟锂过量比选择n(F)/n(Li)=1.2的条件下,反应温度分别选择50,60,70,80,90,100℃进行6组实验,其余实验步骤及参数均与实验1保持一致。(3)搅拌速率单因素实验。在氟锂过量比选择n(F)/n(Li)=1.2、反应温度选择90℃的条件下,搅拌速率分别选择50,100,200,300,400r/min,进行5组实验,其余的实验步骤及参数均与实验1保持一致。(4)反应时间单因素实验。在氟锂过量比选择n(F)/n(Li)=1.2、反应温度选择90℃、搅拌
速率选择300r/min的条件下,反应时间分别选择2,4,6,8,10h,进行5组实验,其余的实验步骤及参数均与实验1保持一致。(5)洗涤水温单因素实验。在氟锂过量比选择n(F)/n(Li)=1.2、反应温度选择90℃、搅拌速率选择300r/min、反应时间选择8h的条件下,洗涤水温度分别选择50,60,70,80,90,100℃,进行6组实验,实验步骤与实验1保持一致。各实验烘干得到的氟化锂沉淀质量记为MLiF,将氟化锂沉淀研磨,取样,用王水溶解并定容,稀释到一定的倍数
后进行元素分析,测出氟化锂中锂的质量分数MLi和镍钴锰的质量分数MM,以此计算锂的回收率和镍钴锰的损失率。
二、负极材料回收
废旧LIBs负极材料中有质量分数12%~21%的石墨并有大量铜箔,占锂离子电池材料总成本的25%~28%。回收石墨和铜箔对缓解电池级石墨和精铜资源短缺具有重要意义,目前主要通过煅烧酸浸、机械浮选分离等方法来收集石墨。废旧石墨负极的增值化利用也是目前研究的热点。首先将负极片在氩气气氛中700℃煅烧3h,得到石墨负极,然后将石墨与KMnO 4添加到浓硫酸中,冰浴搅拌2h,并添加H 2O 2以减少残留的KMnO 4,随后,用5%HCl溶液和水洗涤直到滤液的pH达到7。最后,60℃下干燥24h制备出氧化石墨烯(GO),并使用金属外壳进行GO还原,得到还原氧化石墨烯(rGO)。电化学测试表明其在25A/g的电流密度下显示出20000次循环的高循环稳定性,由废旧LIBs合成的rGO 可以成为下一
代高性能超级电容器的材料。将退役石墨负极进行深度除杂后,经成型处理得到纯石墨棒或石墨块,并将其作为等离子体制备石墨烯等碳纳米材料的原材料。该方法通过改变等离子体气氛种类与压力大小,可以对所制备碳纳米材料的种类和品质进行控制,是一种回收石墨制备高附加值碳纳米材料的有效手段,具有极大的产业化潜力。
三、电极再生工艺
电极再生工艺主要针对正极材料,采用物理、化学、电化学等方法进行处理,使正极材料的晶体结构和电化学性能得到恢复,或使其转化成正极材料前驱体,进行二次利用。采用湿法工艺对LiFePO 4电池进行处理,得到FePO 4•2H 2O 中间体,然后加入Li源和添加剂,采用700℃进行高温烧结,重新得到LiFePO 4电极材料。提出了一种低温湿法冶金工艺方法,先采用破碎设备将正极破碎成小颗粒,然后采用酸液将其浸出到溶液中,调整Ni、Co、Mn三种元素的浓度组成为1∶1∶1,然后调节pH,得到Ni0.
33Mn0.33Co0.33(OH)2沉淀,最后加入Li 2CO 3进行高温烧结,得到成新的NCM 三元材料。针对LiCoO 2电池材料,提出了一种水热法再生工艺。采用5.0mol/L的LiOH溶液,在200℃下与废旧正极材料进行水热反应20h,然后使用超声波清洗除去残碱,并在80℃条件下干燥10h,即可得到再生后的LiCoO 2材料。
四、结语
废旧锂电池经过破碎,分选出活性物质粉,再经过浸出除杂后,锂的回收率达90.31%,而镍钴锰损失率小于1.5%。该方法若被应用于废旧电池回收工业生产中,可以节约成本,实现锂资源的高效循环及综合利用。
参考文献:
[1]徐飞燕.新能源汽车及动力锂电池的发展[J].山东工业技术,2018(6):59.
[2]刘惠茹,刘威.一种回收处理废旧手机锂电池的工艺探索[J].惠州学院学报(自然科学版),2008,28(6):19-25.
作者简介:王嫦(1989—),女,贵州轻工职业技术学院;研究方向:新能源材料、废旧动力电池资源化、新能源汽车技术等方面研究。
课题:17QY007废旧锂离子电池中锂的回收技术研究。
废旧锂电池中锂的回收
王 嫦  贵州轻工职业技术学院   【摘 要】随着经济和科技水平的快速发展,随着锂离子电池技术的不断成熟,氟化锂作为一种重要的锂基基础材料,越来越受到人们的重视,工业上,氟化锂的生产主要
有中和法和复分解法两种。在废旧锂电池回收领域中,氟化沉锂法比溶剂萃取法的工艺流程短,更便捷高效。为了分离废旧锂电池活性物质粉浸出除杂液中的各有价金属,本实验重点研究了用氟化钠溶液对其进行沉锂的方法及其主要影响因素,确定了氟化钠沉锂方法的最佳工艺条件,以期为废旧锂电池中锂的回收利用提供理论参考。【关键词】废旧锂电池;氟化钠;锂回收率

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