含钴废旧锂离子电池回收技术及中试工艺研究

便携设备的广泛应用使得作为电源的锂离子电池需求量越来越大，其中性能最好、应用最广泛的当属钴酸锂电池。大部分锂离子电池在使用几年后就会废弃，这些电池如不合理的回收会对环境和人类健康产生危害，但是废旧锂离子电池中含有不少有高经济价值金属，如钴、铜等，所以废旧锂离子电池的回收再利用能够获得一定的经济效益。 本篇论文主要是针对废旧钴酸锂电池的回收与再利用，从单块电池的回收做起，不断将回收规模放大、调整工艺流程，最终研究出了一条合理的工业化回收钴酸锂电池的工艺流程，找出了回收中各个步骤的最佳条件，将回收的材料重新合成了钴酸锂。 首先用石墨作为放电介质将废旧锂离子电池中的剩余电量放出，然后将电池粉碎，分离隔膜、外壳和正负极碎片。正负极碎片用1.5M的NaOH浸泡15min，以除掉正极集流体铝箔，碱浸后用孔径为0.5mm的筛网大孔过滤分离负极集流体铜箔和正负极活性物质，之后过滤得到正负极活性物质。用2.5M的H2SO4和H2O2O2体系浸泡2h以溶解钴酸锂，过滤后按1:1.2的量加沉淀剂草酸，回收钴元素，碳酸钠为沉淀剂回收锂元素。 将实验室回收废旧电池的工艺放大，做了废旧钴酸锂电池回收的中试实验。在中试中存在外壳不容易筛分及含有的杂质量比较多这两个困难，最终通过加强搅拌、将碱溶时间控制在15min；或者通过650℃高温处理2h解决了外壳问题，通过选取萃取剂P204实现了减少杂质离子的存在。 将回收的草酸钴350℃烧结6h，得到一般合成钴酸锂的原材料四氧化三钴。用四氧化三钴为钴源，氢氧化锂为锂源合成了锂离子电池正极材料钴酸锂，将其组装成纽扣电池，测试其各方面的电化学性能。在0.2C倍率放电时，初次放电比容量可达160mAh/g以上，这与商业化的钴酸锂材料放比电容量大致一致，只是循环性能下降的比较快，100个循环后比容量降到120mAh/g左右，容量量保持率在75%。针对循环性能不好的这一点，并且回收的四氧化三钴材料中含有一定的铝杂质，提出了掺杂镁、镍金属使之成为三元材料的新思路。