《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》是廣東邦普循環科技有限公司，湖南邦普循環科技有限公司於2012年10月29日申請的發明專利，該專利的公布號為：CN102881895A，專利公布日：2013年01月16日，該專利申請號為2012104211981，發明人是歐彥楠，李長東，余海軍。
《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》公開了一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法，該方法包括以下步驟：將廢舊電池的正極片粉碎篩分，將篩下物溶於酸液中，過濾，得到濾液；向濾液中加入鎳鹽、鈷鹽、錳鹽和氨水；插入基底，85-90℃下靜置1小時，調整基底間距，再靜置12-14小時；取出基底，水中超聲振盪後，得到懸濁液；過濾，乾燥，得到鎳鈷錳氫氧化物粉末；向取出基底的余液中加入碳酸鈉，攪拌，過濾，乾燥，得到碳酸鋰粉末；往鎳鈷錳氫氧化物粉末中加入碳酸鋰，煅燒後得到鎳鈷錳酸鋰。《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》合成鎳鈷錳酸鋰的步驟中，所用基底的間距小，鎳、鈷、錳離子的擴散速度慢，因此，晶核在基底上成核較小，分布均勻，使晶體生長不易團聚，尺寸精細。
2020年7月14日，《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》獲得第二十一屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法
- 公布號：CN102881895A
- 地址：廣東省佛山市南海區里水上沙涌工業區
- 公布日：2013年01月16日
- 發明人：歐彥楠，李長東，余海軍
- 申請號：2012104211981
- Int. Cl.：H01M4/505(2010.01)I；H01M4/525(2010.01)I
- 申請日：2012年10月29日
- 專利代理機構：廣州市華學智慧財產權代理有限公司
- 申請人：佛山市邦普循環科技有限公司; 湖南邦普循環科技有限公司
- 代理人：黃磊
- 專利類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著電動汽車產業和數碼產品行業的不斷發展，人們對電池的需求日益增加，動力電池應運而生。國家正在推出許多政策鼓勵動力電池的研究，可以預測，在不久的將來，會生產出大量動力電池。然而，電池都有一定期限的使用壽命，當電池使用壽命終止後，會進入報廢階段，以目前動力電池的數量可以預計將產生大量廢舊動力電池。由於動力電池含有大量重金屬元素，不僅對水土環境有害，而且具有豐富的金屬資源開發價值，所以不宜當成普通生活垃圾進行處理，最佳的處理方式是定向循環資源化利用。
定向循環資源化利用，是指在一種產品報廢后，將這種產品經過合理的分解和重組，製成與原產品性能相同或相近的同類產品的一種回收利用過程。動力電池的定向循環資源化利用，是指在動力電池報廢后，將動力電池材料經過元素分解，按一定配方，製備成新的動力電池材料。
鎳鈷錳酸鋰電池材料一般採用加熱沉澱法或高溫固相法製備，控制材料粒徑一方面採用後期粉碎、篩分的方法，但該粒徑控制方法受到粉碎技術和篩分技術的限制；另一方面，在製備過程中，控制沉澱劑添加速度、攪拌速度和升溫速度，以調控晶體成核生長速度，最終調控材料粒徑，但該控制方法缺乏針對性，且反應體系中局部條件存在差異。
發明內容
專利目的
為了克服2012年的鎳鈷錳酸鋰電池材料製備方法中材料的粒徑難以控制的缺陷，《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》的目的在於提供一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法，該方法是在加熱沉澱法的基礎上進行改進，通過插入多層基底作沉積面以沉積鎳鈷錳等元素，專門針對晶體成核的基底增加控制的條件，且多層基底均勻分布在反應容器中，局部差異小，因此可以有效調控電池材料的粒徑，解決2012年技術中控制電池材料粒度分布的難題。
技術方案
《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》的目的通過下述技術方案實現：
一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法，包括以下步驟：
（1）將廢舊的鎳鈷錳酸鋰動力電池拆解，取出正極片；
（2）將正極片粉碎、熱解（即加熱）、篩分，篩上物為鋁箔，篩下物主要是鎳鈷錳酸鋰正極材料粉末和乙炔黑；
（3）將篩下物溶於酸液中，不溶物為乙炔黑，過濾，得到的濾液為含有鎳、鈷、錳、鋰的混合溶液；
（4）向步驟（3）的混合溶液中加入鎳鹽、鈷鹽、錳鹽，使鎳、鈷、錳元素的摩爾比為（1-3）:（1-2）:1，然後再加入氨水；
（5）向步驟（4）的混合溶液中垂直插入若干塊基底，加熱至85-90℃靜置1小時，再調整基底間距，恆溫靜置12-14小時，在基底上沉積一層鎳鈷錳氫氧化物，此時余液為含有鋰離子的溶液；
（6）取出基底，置於水中，超聲振盪後，鎳鈷錳氫氧化物脫離基底，得到懸濁液；
（7）將懸濁液過濾，將沉澱物乾燥，得到鎳鈷錳氫氧化物粉末；
（8）向步驟（5）的余液中加入碳酸鈉，碳酸鈉的質量與溶液中鋰的摩爾量之比為（53-60克）:1摩爾，攪拌1小時，沉澱，過濾，乾燥，得到碳酸鋰粉末；
（9）往鎳鈷錳氫氧化物粉末中加入碳酸鋰，使鎳鈷錳氫氧化物與碳酸鋰的質量比為（2.5-5）:1，混合均勻，置於250℃下煅燒4小時，再升溫至600-700℃，煅燒10-12小時，得到鎳鈷錳酸鋰；
步驟（1）的具體操作是：先將廢舊的鎳鈷錳酸鋰動力電池進行模組分離，拆除動力電池組的外殼，分離得到電池模組；切割電池模組的外殼，取出電池單體；將動力電池單體拆解，取出正極片；
步驟（4）所述的鎳鹽為硫酸鎳、氯化鎳或硝酸鎳中的一種，鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷或硝酸鈷中的一種，錳鹽為硫酸錳、氯化錳或硝酸錳中的一種；
步驟（4）所述氨水的密度為0.90克/立方厘米，氨水的加入量與溶液中金屬元素總摩爾量之比為（50-60）毫升:1摩爾；
步驟（5）所述的基底為矽片或導電玻璃，基底間的起始間距為0.5-1厘米，調整後的間距為2-4厘米。
改善效果
《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》相對於2012年技術具有如下的優點及效果：
1、《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》從廢舊動力電池正極材料中回收鎳、鈷、錳元素合成鎳鈷錳氫氧化物作為前驅體，再回收鋰合成碳酸鋰，最後將鎳鈷錳氫氧化物和碳酸鋰合成新的鎳鈷錳酸鋰正極材料，《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》能將廢舊動力電池正極材料中的主要金屬元素回收利用，定向循環合成與原產品性能相同的再生產品，實現多種金屬的資源化利用。
2、《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》合成鎳鈷錳酸鋰的步驟中，所用基底的間距小，鎳、鈷、錳離子的擴散速度慢，因此，晶核在基底上成核較小，分布均勻，使晶體生長不易團聚，尺寸精細。
3、《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》所用基底可以調節間距，通過影響鎳、鈷、錳離子的擴散速度，可以控制晶體生長的速度和大小，有利於調控合成材料的性質和性能。
附圖說明
圖1是《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》實施例1製備的鎳鈷錳酸鋰的粒度分布圖。
圖2是《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》實施例2製備的鎳鈷錳酸鋰的粒度分布圖。
圖3是《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》實施例3製備的鎳鈷錳酸鋰的粒度分布圖。
技術領域
《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》涉及一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法。
權利要求
1.一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法，其特徵在於包括以下步驟：（1）將廢舊的鎳鈷錳酸鋰動力電池拆解，取出正極片；（2）將正極片粉碎、熱解、篩分，收集篩下物；（3）將篩下物溶於酸液中，過濾，得到的濾液為含有鎳、鈷、錳、鋰的混合溶液；（4）向步驟（3）的混合溶液中加入鎳鹽、鈷鹽、錳鹽，使鎳、鈷、錳元素的摩爾比為（1-3）:（1-2）:1，然後再加入氨水；（5）向步驟（4）的混合溶液中垂直插入若干塊基底，加熱至85-90℃靜置1小時，再調整基底間距，恆溫靜置12-14小時，在基底上沉積一層鎳鈷錳氫氧化物，此時余液為含有鋰離子的溶液；（6）取出基底，置於水中，超聲振盪後，鎳鈷錳氫氧化物脫離基底，得到懸濁液；（7）將懸濁液過濾，將沉澱物乾燥，得到鎳鈷錳氫氧化物粉末；（8）向步驟（5）的余液中加入碳酸鈉，碳酸鈉的質量與溶液中鋰的摩爾量之比為（53-60克）:1摩爾，攪拌1小時，沉澱，過濾，乾燥，得到碳酸鋰粉末；（9）往鎳鈷錳氫氧化物粉末中加入碳酸鋰，使鎳鈷錳氫氧化物與碳酸鋰的質量比為（2.5-5）:1，混合均勻，置於250℃下煅燒4小時，再升溫至600-700℃，煅燒10-12小時，得到鎳鈷錳酸鋰；步驟（4）所述氨水的密度為0.90克/立方厘米，氨水的加入量與溶液中金屬元素總摩爾量之比為（50-60）毫升:1摩爾；步驟（5）中，基底間的起始間距為0.5-1厘米，調整後的間距為2-4厘米。
2.根據權利要求1所述的由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法，其特徵在於：步驟（4）所述的鎳鹽為硫酸鎳、氯化鎳或硝酸鎳中的一種，鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷或硝酸鈷中的一種，錳鹽為硫酸錳、氯化錳或硝酸錳中的一種。
3.根據權利要求1所述的由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法，其特徵在於：步驟（5）所述的基底為矽片或導電玻璃。
實施方式
下面結合實施例及附圖對《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》作進一步詳細的描述，但《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》的實施方式不限於此。
- 實施例1
一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法，包括以下步驟：
（1）將一個總質量為7.44千克的鎳鈷錳酸鋰動力電池進行模組分離，拆除動力電池組的外殼，分離得到電池模組；切割電池模組的外殼，共取出50個質量為89.68克的電池單體；將動力電池單體拆解，每個單體分別取出37.67克正極片，50個單體共1883.28克正極片；
（2）將正極片粉碎，在400℃下加熱2小時，採用60目的標準篩在振動下進行篩分，篩上物為鋁箔37.67克，篩下物為鎳鈷錳酸鋰正極材料粉末1751.45克、乙炔黑94.16克；
（3）將篩下物溶於10升鹽酸中，不溶物為乙炔黑，過濾除去，得到濾液為含有鎳、鈷、錳、鋰的混合溶液，測得溶液中鎳離子濃度為0.62摩爾/升，鈷離子濃度為0.63摩爾/升，錳離子濃度為0.59摩爾/升，鋰離子濃度為1.80摩爾/升；
（4）往步驟（3）的混合溶液中，加入13克氯化鎳、50.4克氯化錳，然後緩慢加入2.27升密度為0.90克/立方厘米的氨水；
（5）在步驟（4）的溶液中垂直插入10塊矽片，矽片之間間距為0.5厘米；加熱90℃靜置1小時，再調整矽片間距為2厘米，恆溫靜置14小時，在矽片上得到一層鎳鈷錳氫氧化物；
（6）取出矽片，置於水中，超聲振盪5分，鎳鈷錳氫氧化物脫離矽片，得到懸濁液；
（7）將懸濁液過濾，將沉澱物乾燥，得到1738.8克鎳鈷錳氫氧化物粉末；
（8）向步驟（5）的余液中加入954克碳酸鈉，攪拌1小時，沉澱，過濾，乾燥，得到665克碳酸鋰粉末；
（9）往鎳鈷錳氫氧化物粉末加入698.25克碳酸鋰，混合均勻，置於煅燒爐，以1℃/分速度升溫至250℃，恆溫4小時，再升溫至600℃，恆溫12小時，得到鎳鈷錳酸鋰1852.20克。
實施例1製備的鎳鈷錳酸鋰粒度分布如圖1所示，矽片起始間距為0.5厘米下，鎳鈷錳酸鋰的中粒徑D50為8.68米。
- 實施例2
一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法，包括以下步驟：
（1）將一個總質量為7.54千克的鎳鈷錳酸鋰動力電池進行模組分離，拆除動力電池組的外殼，分離得到電池模組；切割電池模組的外殼，共取出50個質量為91.26克的電池單體；將動力電池單體拆解，每個單體分別取出38.94克正極片，50個單體共1947克正極片；
（2）將正極片粉碎，在400℃下加熱2小時，採用60目的標準篩在振動下進行篩分，篩上物為鋁箔38.88克，篩下物為鎳鈷錳酸鋰正極材料粉末1812.43克、乙炔黑95.69克；
（3）將篩下物溶於10升鹽酸中，不溶物為乙炔黑，過濾除去，得到濾液為含有鎳、鈷、錳、鋰的混合溶液，測得溶液中鎳離子濃度為0.68摩爾/升，鈷離子濃度為0.64摩爾/升，錳離子濃度為0.64摩爾/升，鋰離子濃度為1.92摩爾/升；
（4）往步驟（3）的混合溶液中，加入52克氯化鈷、50.4克氯化錳，然後緩慢加入2.45升密度為0.90克/立方厘米的氨水；
（5）在溶液中垂直插入10塊矽片，矽片之間間距為0.75厘米；加熱90℃靜置1小時，再調整矽片間距為2厘米，恆溫靜置14小時，在矽片上得到一層鎳鈷錳氫氧化物；
（6）取出矽片，置於水中，超聲振盪5分，鎳鈷錳氫氧化物脫離矽片，得到懸濁液；
（7）將懸濁液過濾，將沉澱物乾燥，得到1876.8鎳鈷錳氫氧化物粉末；
（8）向步驟（5）的余液加入1017.6克碳酸鈉，攪拌1小時，沉澱，過濾，乾燥，得到709.34克碳酸鋰粉末；
（9）往鎳鈷錳氫氧化物粉末加入753.68克碳酸鋰，混合均勻，置於煅燒爐，以1℃/分速度升溫至250℃，恆溫4小時，再升溫至600℃，恆溫12小時，得到鎳鈷錳酸鋰1978.8克。
實施例2製備的鎳鈷錳酸鋰粒度分布如圖2所示，矽片起始間距為0.75厘米下，鎳鈷錳酸鋰的中粒徑D50為9.22微米。
- 實施例3
一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法，包括以下步驟：
（1）將一個總質量為7.38千克的鎳鈷錳酸鋰動力電池進行模組分離，拆除動力電池組的外殼，分離得到電池模組；切割電池模組的外殼，共取出50個質量為90.77克的電池單體；將動力電池單體拆解，每個單體分別取出38.15克正極片，50個單體共1907.5克正極片；
（2）將正極片粉碎，在400℃下加熱2小時，採用60目的標準篩在振動下進行篩分，篩上物為鋁箔37.92克，篩下物為鎳鈷錳酸鋰正極材料粉末1774.35克、乙炔黑95.23克；
（3）將篩下物溶於10升鹽酸中，不溶物為乙炔黑，過濾除去，得到濾液為含有鎳、鈷、錳、鋰的混合溶液，測得溶液中鎳離子濃度為0.61摩爾/升，鈷離子濃度為0.62摩爾/升，錳離子濃度為0.65摩爾/升，鋰離子濃度為2摩爾/升；
（4）往步驟（3）的混合溶液中，加入52克氯化鎳、39克氯化鈷，然後緩慢加入2.34升密度為0.90克/立方厘米的氨水；
（5）在溶液中垂直插入10塊矽片，矽片之間間距為1厘米；加熱90℃靜置1小時，再調整矽片間距為2厘米，恆溫靜置14小時，在矽片上得到一層鎳鈷錳氫氧化物；
（6）取出矽片，置於水中，超聲振盪5分，鎳鈷錳氫氧化物脫離矽片，得到懸濁液；
（7）將懸濁液過濾，將沉澱物乾燥，得到1794克鎳鈷錳氫氧化物粉末；
（8）向步驟（5）的余液中加入1060克碳酸鈉，攪拌1小時，沉澱，過濾，乾燥，得到738.9克碳酸鋰粉末；
（9）往鎳鈷錳氫氧化物粉末加入720.43克碳酸鋰，混合均勻，置於煅燒爐，以1℃/分速度升溫至250℃，恆溫4小時，再升溫至600℃，恆溫12小時，得到鎳鈷錳酸鋰1891.5克。
實施例3製備的鎳鈷錳酸鋰粒度分布如圖3所示，矽片起始間距為0.75厘米下，鎳鈷錳酸鋰的中粒徑D50為9.98微米。
上述實施例為《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》較佳的實施方式，但《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》的保護範圍之內。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種由廢舊動力電池定向循環製備鎳鈷錳酸鋰的方法》獲得第二十一屆中國專利優秀獎。
