废锂离子电池资源化回收利用研究

摘要

当今社会，锂离子电池已成为了电池家族中发展最为迅速的一个种类。人们在大量使用锂离子电池的同时，必然也会产生大量废电池。在废锂离子电池中，存在于正极上的钴和锂由于价格较高、资源稀少，非常具有回收价值。此外，作为正负极集流体的铝箔和铜箔也是有回收价值的金属。对这些电池进行资源化回收，不但可以减少废电池对于环境的污染，带来显著的社会环境效益，更可以实现废锂离子电池中有价组分的充分回收利用，进而产生巨大的经济效应。 本文以废旧锂离子电池为原料，对其资源化回收利用过程进行了研究。首先对电池进行了放电及安全拆解，分离出了外壳、隔膜、正极材料及负极材料。对于负极材料，使用高速万能粉碎机对其进行破碎使铜箔与碳粉分离，实验考察了破碎时间、粒径与铜含量的关系。对于正极材料，使用有机溶剂溶解正极粘结剂聚偏氟乙烯，分离了铝箔及正极活性物质钴酸锂，考察了二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮对聚偏氟乙烯的溶解度，并结合经济性选择其中合适的溶剂；对溶解分离得到的正极活性物质钴酸锂黑渣，采用硫酸与双氧水混合体系进行了钴、锂元素浸出实验，考察了反应时间、温度、试剂浓度等条件对浸出效果的影响；浸出液经中和除杂后，通过沉淀得到草酸钴和碳酸锂产品，实验分析了沉淀反应温度、pH值、沉淀剂用量等条件对沉淀效果的影响。研究中采用电感耦合等离子炬原子发射光谱仪分析原料及产品中各种元素的含量，使用X射线粉末衍射仪对产物样品进行晶体结构测定。 研究结果表明，二甲基甲酰胺在60℃对正极粘结剂聚偏氟乙烯的溶解度达176g/L，可以有效地将正极活性物质钴酸锂与集流体铝箔分离。采用硫酸与双氧水的混合体系浸出钴离子与锂离子，在反应时间2h，反应温度60℃，硫酸浓度2mol/L，H2O2浓度0.7mol/L的条件下，钴离子浸出率高达96.3％，锂离子浸出率达87.5％。在温度50℃，pH值2，沉淀剂草酸铵用量为理论用量的120％的条件下，钴离子的沉淀率可达98.9％；当锂离子浓度20g/L，温度50℃，pH值10，沉淀剂碳酸钠用量为理论用量的110％时，锂离子的沉淀率可达81.5％。经过计算，钴元素的综合回收率94.7％，锂元素的综合回收率为71.0％。采用机械破碎与筛分方法分离电池负极的铜箔与碳粉，选择破碎时间9min，绝大部分的铜都集中在小于50目的粒径范围中。其中小于30目的物料中铜纯度达到了98.8％，而30～50目的物料中铜纯度达到了91.6％。铜的回收率可达95.2％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1课题研究的目的和意义

1.2废锂离子电池资源化现状与研究进展

1.2.1废锂离子电池的管理

1.2.2废锂离子电池资源化研究进展

1.3研究工作的思路和内容

第二章实验材料及实验方法

2.1实验材料及设备

2.2实验方法

2.3分析方法

2.3.1离子浓度分析

2.3.2晶体结构分析

第三章废锂离子电池负极铜的回收

3.1实验方法

3.2实验结果与讨论

3.3小结

第四章废锂离子电池正极钴与锂的回收

4.1实验原理及实验步骤

4.1.1废锂离子电池正极钴酸锂与铝箔的分离

4.1.2硫酸双氧水体系浸出钴离子与锂离子的实验

4.1.3草酸钴沉淀实验

4.1.4碳酸锂沉淀实验

4.2结果与讨论

4.2.1钴酸锂与铝箔溶剂分离效果分析

4.2.2钴离子与锂离子浸出效果影响因素分析

4.2.3草酸钴沉淀影响因素分析

4.2.4碳酸锂沉淀影响因素分析

4.3小结

第五章结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果