废旧锂离子电池浸出液的处理方法

1.本发明属于电池回收技术领域，具体涉及含锂浸出液的净化除杂。


背景技术：

2.废旧锂离子电池的回收是国家实现长期可持续发展的必然要求。目前电池企业处理废旧锂离子电池的方法是：首先通过预处理得到正极粉末，接着热处理正极粉末得到焙料，焙料经过酸浸、洗涤、除杂、萃取、沉锂等步骤得到电池级碳酸锂和其他有价金属盐。为了得到高纯度的电池级碳酸锂（yst 582-2006），除杂过程流程复杂，工艺繁琐，如硫化钠除铜离子、氟化钠除铝离子、过氧化氢与氨水除铁离子等，除杂过程中使用多种添加剂，有价元素锂损失大，经济效益较低，环境污染严重。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种工艺流程简单、绿色无污染、杂质离子去除效率高、有价元素锂损失小的废旧锂离子电池浸出液的处理方法。
4.将废旧锂离子电池进行放电、拆解、去集流体、浮选等过程，得到废旧锂离子电池正极活性物质粉末；废旧锂离子电池正极活性物质粉末经过湿法浸出得到含锂离子及少量杂质金属离子如al
3
、cu
2
、fe
2
、fe
3
的废旧锂离子电池浸出液。
5.为实现上述目的，本发明具体提供以下技术方案。
6.一种废旧锂离子电池浸出液的处理方法，包括以下步骤：在废旧锂离子电池浸出液中加入络合剂，和电解对电极构建电解槽；向电解槽交替施加不对称的正向电压和逆向电压，直至废旧锂离子电池浸出液中的杂质金属离子浓度达到预期。
7.络合剂与杂质金属离子形成带负电的络合物，通过施加正向电压，带负电的杂质金属络合物与锂离子朝着相反的方向迁移，分别在阴阳极形成锂离子富集区和杂质离子富集区。再施加逆向电压，杂质离子富集区碳棒电极得到电子，发生还原反应，杂质金属离子被还原沉积在碳棒电极上；锂离子富集区碳棒电极失去电子，发生氧化反应，水分解产生氧气。
8.进一步地，在本发明的部分优选实施方式中，所述络合剂为edta（乙二胺四乙酸）、edta-2na（乙二胺四乙酸二钠）、stpp（三聚磷酸钠）、h-501（有机多元磷酸聚合物）中的至少一种，进一步优选为edta。
9.进一步地，在本发明的部分优选实施方式中，所述络合剂的添加摩尔量与杂质金属离子的摩尔量的比值为0.3~1.2：1。
10.进一步地，在本发明的部分优选实施方式中，所述对电极为改性碳棒电极或惰性电极。
11.进一步地，所述惰性电极为铂电极。
12.进一步优选对电极为改性碳棒电极，改性碳棒电极可以提高杂质金属离子的还原电位。
13.进一步地，在本发明的部分优选实施方式中，所述正向电压为3~7v，优选为3~5v；所述逆向电压为6~14v，优选为10~14v。
14.进一步地，在本发明的部分优选实施方式中，正向电压的持续时间低于逆向电压的持续时间。
15.进一步地，正向电压的持续时间为0.2~0.7ms，逆向电压的持续时间为1~3ms。
16.进一步地，在本发明的部分优选实施方式中，还包括以下步骤：向杂质金属离子浓度小于10ppm的废旧锂离子电池浸出液中通入co2，然后蒸发、浓缩，得到碳酸锂和含络合剂的浓缩液；含络合剂的浓缩液循环利用。
17.本发明通过施加不对称交替电压去除废旧锂离子电池浸出液中杂质金属离子，具有以下明显的有益效果：（1）分离纯化废旧锂离子电池浸出液的工艺简单，避免了传统化学沉淀过程中大量化学添加剂的使用，绿色环保，同时大大降低了分离纯化成本，具有较大的经济利益；（2）对废旧锂离子电池浸出液中可能含有的各种金属离子杂质，如cu
2
、 al
3
、 fe
2
、 fe
3
、 ni
2
、 co
2
、 mn
2
、 ca
2
、 mg
2
等均具有较好的去除效果，且整个过程不会造成锂元素损失。
附图说明
18.图1为施加不对称交替电压的示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
20.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
21.图1是下述实施例施加不对称交替电压的示意图，正向电压和逆向电压交替施加，循环往复。
22.实施例1待处理的废旧锂电池浸出液中主要金属离子的含量表1所示。
23.表1在100 ml废旧锂离子电池浸出液中加入加入6 g edta固体，60 ℃水浴搅拌溶解。然后和具有偕胺肟功能团的改性碳棒电极组成电解槽。向电解槽施加0.5 ms正向5 v的电压，再施加2 ms逆向10 v的电压，交替反复，持续30 min。检测废旧锂离子电池浸出液中主要金属离子的浓度，结果如表2所示。
24.表2
对比表1和表2的数据可以发现，li

的去除率为0.16%，cu
2
的去除率为99.54%，al
3
的去除率为73.03%，fe离子的去除率为97.51%。杂质离子的去除率非常高，而有价锂的损失极小。
25.实施例2待处理的废旧锂电池浸出液中主要金属离子的含量表3所示。
26.表3在100 ml废旧锂离子电池浸出液中加入加入6 g edta-2na固体，常温搅拌溶解。然后和具有偕胺肟功能团的改性碳棒电极组成电解槽。向电解槽施加0.4 ms正向6v的电压，再施加1.5 ms逆向13 v的电压，交替反复，持续30 min。检测废旧锂离子电池浸出液中主要金属离子的浓度，结果如表4所示。
27.表4对比表3和表4的数据可以发现，li

的去除率为0.25%，cu
2
的去除率为99.56%，al
3
的去除率为79.81%，fe离子的去除率为96.03%。杂质离子的去除率非常高，而有价锂的损失极小。
28.实施例3待处理的废旧锂电池浸出液中主要金属离子的含量表5所示。
29.表5在100 ml废旧锂离子电池浸出液中加入加入7 g stpp固体，常温水浴搅拌溶解。然后和具有偕胺肟功能团的改性碳棒电极组成电解槽。向电解槽施加0.7ms正向4 v的电压，再施加3 ms逆向7 v的电压，交替反复，持续30 min。检测废旧锂离子电池浸出液中主要金属离子的浓度，结果如表6所示。
30.表6
对比表5和表6的数据可以发现，li

的去除率为0.14%，cu
2
的去除率为99.57%，al
3
的去除率为46.98%，fe离子的去除率为63.81%。杂质离子的去除率非常高，而有价锂的损失极小。
31.实施例4待处理的废旧锂电池浸出液中主要金属离子的含量表7所示。
32.表7在100 ml废旧锂离子电池浸出液中加入加入6 g edta固体，60 ℃水浴搅拌溶解。然后和具有偕胺肟功能团的改性碳棒电极组成电解槽。向电解槽施加0.5 ms正向5 v的电压，再施加2 ms逆向10 v的电压，交替反复，持续30 min。检测废旧锂离子电池浸出液中主要金属离子的浓度，结果如表8所示。
33.表8对比表7和表8的数据可以发现，li

的去除率为0.19%，cu
2
的去除率为99.55%，al
3
的去除率为72.20%，fe离子的去除率为99.48%，ni
2
的去除率为81.02%，co
2
的去除率为87.20%，mn
2
的去除率为85.59%，杂质离子的去除率非常高，而有价锂的损失极小。
34.以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。