废旧锂离子电池中Li,Ni,Co的湿法工艺回收与利用

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废旧锂离子电池(LIB)因其环境危害性和资源性而受到广泛关注。本论文以废旧LIB阴极材料为研究对象,提出先采用包含NH3·H2O,(NH42SO3和NH4HCO3三元氨浸出体系选择性浸出目标金属(Li、Ni、Co),再通过萃取剂LIX984针对性萃取除去杂质Cu。萃余液中的Li,Ni,Co通过共沉淀工艺得到前驱体Ni0.5Co0.5(OH)2和Li2CO3,前驱体混锂后采用两段升温法制备正极材料LiNi0.5Co0.5O2的湿法回收工艺,实现废旧锂离子电池中有价金属资源化回收利用。结果表明:在浸出剂组成为1.5 mol·L-1氨水,1 mol·L-1亚硫酸铵和1 mol·L-1碳酸氢铵,固液比20 g·L-1,60oC浸出180min时,Ni和Cu几乎完全浸出,Li和Co的浸出效率分别为60.53%和80.99%。然而,无论浸出条件如何变化,Al几乎不浸出。由于Al在阴极粉末中的含量很低,其在浸出液中含量可以忽略不计。动力学拟合表明Co,Ni和Li的浸出行为似乎与反应控制的收缩核模型吻合良好,其活化能分别为59.99、53.53和49.94 kJ·mol-1。LIX984可实现从多元素(Li,Co,Cu,Ni)共存的高碱性氨溶液中针对性的萃取分离Cu。在pH为11.13,O/A=1,15%LIX984,25℃反应10min的条件下,Cu的去除率达到97.85%,仅损失了2.89%的Ni,几乎所有的Li和Co都保留了在萃余液中。McCabe-Thiele拟合表明,使用15%LIX984从氨溶液中完全提取Cu需要两个阶段。制备的正极材料LiNi0.5Co0.5O2纯度高、晶型好。其初始充放电的比容量分别为174.9 mAh·g-1和162.8 mAh·g-1。100次循环后,放电比容量仍保持在145.8 mAh·g-1,放电效率为89.56%。综上,本回收工艺在高效回收废旧LIB有价金属的同时简化了后续的分离纯化工艺。开辟了废旧LIB回收利用新工艺,为相关电子产品的处理与回收提供了理论与技术支持,保护环境的同时带来经济效益。
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