退役锂离子电池碳/硫协同选择性提锂技术

作者：徐平; 张西华^*; 马恩; 饶富; 刘春伟; 姚沛帆; 孙峙^*; 王景伟

来源：Acta Chimica Sinica, 2021, 79(08): 1073-1081.

• 退役锂离子电池
• 硫化焙烧
• 废石墨
• 选择性提取
• 锂

针对当前退役锂离子电池有价金属提取工艺选择性差、环境风险突出的瓶颈问题,提出了碳/硫协同选择性提锂的新思路.首先在系统考察(NH4)2SO4、NH4HSO4、Na HSO4和H2SO4分别作为焙烧剂对退役锂离子电池Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2正极粉末中锂的浸出选择性、环境友好性和经济性影响的基础上,确定H2SO4为最佳焙烧剂.基于此,研究了石墨添加量对Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2中锂的浸出选择性的影响,揭示了C/S协同强化锂的浸出选择性的转化路径及其机制.结果表明,在Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2与H2SO4物质的量比为2∶1、石墨添加量为20%(w)、焙烧温度为600℃、焙烧时间为120 min的最优条件下,Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2中锂的浸出率高达93%,回收的Li2CO3纯度高于电池级Li2CO3纯度要求;Ni、Co和Mn均进入渣相,经分离纯化后可作为合成正极材料的前驱物,分离得到的石墨可回用于硫化焙烧过程的添加剂.通过对Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2混合粉末(含20 wt.%石墨)硫化焙烧热行为及其产物X射线衍射(XRD)表征表明,石墨的添加降低了硫化焙烧的反应温度,通过C/S协同作用强化了Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2中锂的选择性浸出,且不产生SOx等有毒有害气体.本工作结合硫化焙烧和碳热还原优势,为退役锂离子电池正负极材料的同步循环利用开辟了新思路,实现了Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2中锂的高效选择性清洁提取和废石墨负极的循环利用.

• 单位
  中国科学院; 上海第二工业大学; 中国科学院过程工程研究所