一种从三元正极材料的废旧锂电池中回收碳酸锂和镍钴锰混合金属氧化物的方法
技术领域
本发明公开了一种从三元正极材料的废旧锂电池中回收碳酸锂和镍钴锰混合金属氧化物的方法，本发明的方法采用CO2作提取剂，实现了在无污染条件下把锂从废旧三元正极材料中分离出来的过程。
背景技术
近年来锂离子电池被大量用作车辆的动力电池，但是动力电池都有一定的使用寿命，在电池使用寿命到期后就存在电池报废的问题，在废电池报废后，为了消除对环境的污染以及回收电池中的高价值元素，必须对废旧电池进行回收处理。比如现在普遍使用的三元锂电池，其中含有锂离子(以锂氧化物形式存在于电极材料中)、钴氧化物、镍氧化物、锰氧化物等。由于钴在地球上的储量很少，是一种稀有资源，所以从废旧锂电池中回收这些元素的化合物就显得尤其重要。
在已经公开或报道的电池回收技术中，大都是不加区别地把整个电池一起粉粹，然后用强酸把电极材料及Al集流体溶解，然后再进行锂盐、钴盐、镍盐、锰盐的分别分离，这种回收方法消耗大量的酸，并且碱会产生高载盐量和高酸含量的废水，对环境产生污染，同时操作过程复杂，工艺繁琐和成本过高。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明采用一种利用CO2直接从三元正极材料的废旧锂电池中提取碳酸锂和回收镍钴锰混合金属氧化物的方法，该方法操作简单，成本低，环境友好，有利于工业化生产。
本发明的技术方案如下：
一种从三元正极材料的废旧锂电池中回收碳酸锂和镍钴锰混合金属氧化物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.首先把废旧锂电池折分成正极片、负极片、隔膜、极耳和外包装材料；
S2.将S1中拆分得到的正极片切割成小片，在空气中加热，使正极材料从正极片上自行脱落，把Al集流体与废正极材料粉M分离；
S3.将正极材料粉M加水进行球磨，球磨后得到浆料，把浆料移入反应釜；
S4.将上述反应釜中充入CO2后，在一定温度和压力下充分反应；
S5.在反应完成后，分离出固体N和溶液L；
S6.取溶液L蒸发除去水得碳酸锂；
S7.取固体N，干燥得到的镍钴锰混合金属氧化物及碳酸盐后，在高温下焙烧得到镍钴锰混合金属氧化物。
作为优选，分选出步骤S1中带有三元正极材料的正极片，其它的负极片、隔膜、极耳和外包装材料另外回收。
作为优选，在步骤S2中的正极片切片在空气中的烧制温度选自350-600℃，优选自450-550℃，
作为优选，在步骤S4中反应釜中冲入CO2的设定压力为1-50atm，
作为优选，在步骤S4中反应釜中反应温度为30-220℃，
作为优选，在步骤S4中反应釜中反应时间为1-20小时，
作为优选，在步骤S7中在焙烧镍钴锰混合金属氧化物及碳酸盐的过程中的焙烧温度选自400-900℃.
作为优选，在步骤S7中在焙烧镍钴锰混合金属氧化物及碳酸盐的过程中的焙烧时间选自2-20小时。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种从三元正极材料的废旧锂电池中回收碳酸锂和镍钴锰混合金属氧化物的方法，采用CO2直接提取的方法，把材料中的锂组分以碳酸锂的方式提取出来，将剩下的钴氧化物、镍氧化物、锰氧化物的混合物和碳酸盐进一步分离，流程中不产生废水，对环境不产生污染。回收来的碳酸锂还可以用于制造三元正极材料，回收来的钴氧化物、镍氧化物、锰氧化物的混合物和碳酸盐中钴、镍、锰的组成与新的三元正极材料中的钴、镍、锰的组成一样，可以直接用于三元正极材料的合成，本回收方法可以真正实现三元正极材料中各种化学元素的无污染循环使用，并且过程简单便于实现工业化。
具体实施方式
实施例1
首先把废旧锂电池折分成正极片、负极片、隔膜、极耳和外包装，然后取正极片在空气中，在500℃加热2小时，使正极材料从正极片上自行脱落，把Al集流体与废正极材料分开。取正极材料加水进行球磨，球磨后得到浆料，把浆料移入反应釜，然后充入CO2到使压力达到15atm，在搅拌下把反应器温度升到60℃反应一定时间。反应完成后，分离出固体和溶液，取溶液蒸发除去水得碳酸锂(产品)；取分离出的固体干燥得镍钴锰混合金属氧化物及碳酸盐，在高温下焙烧得到的镍钴锰混合金属氧化物及碳酸盐得到镍钴锰混合金属氧化物。锂抽取率与球磨时间及与CO2反应时间的关系如表中数据所示：
在反应温度为60℃的条件下，锂抽取率与球磨时间及与CO2反应时间的关系
