从废锂离子电池正极材料中回收锂、钴、镍和锰的研究

从废锂离子电池正极材料中回收锂、钴、镍和锰的研究

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【论文链接】

【作者单位】

中国科学院福建物质结构研究所

抽象的

从废旧锂离子电池正极材料中有效回收锂、钴、镍、锰成为全球关注的问题。本研究采用硫酸铜电解制取硫酸，利用电子束从废旧锂离子电池中回收锂、钴、镍和锰。结果表明，在电流密度为50 mA/cm2、固液比为15 g/L、0.225 mol/L硫酸铜条件下，浸出过程中镍、锰、锂的浸出率为93%，锰的浸出率为89%，锂的浸出率为94%，铜的沉积率为99%。电沉积过程中，在电流密度为40 mA/m2、温度为70℃、pH为2.5时，阴极电流效率为阳极电流效率的72%，镍钴沉积符合反常共沉积规律，钴、镍、锰的完全沉积时间分别为3 h、9 h和10 h。最终以镍钴合金、MnO2、铜金属的形式回收Ni、Co、Mn、Li、Cu，回收率分别为99.40%、91.00%、90.68%、85.59%、89.55%。

这项研究提出了一种有前景的策略，无需添加化学还原剂和酸即可从废电池中回收阴极材料。

【实验方法】

材料准备：

本研究在自制的300 mL圆柱形电解槽中进行了阴极材料的还原浸出过程。采用尺寸稳定阳极 (DSA) 惰性合金作为阳极，铜板作为阴极，CuSO4 溶液作为电解液。通常，将200 mL固定浓度的 CuSO4 溶液放入300 mL电解槽中。随后，将3 g CuSO4 以15 g/L的固液比加入烧杯中。在整个浸出过程中，电解槽保持在水浴中，磁力搅拌装置以100 rpm 的转速运行。系统地检查了浸出时间（3-5 小时）、CuSO4 浓度（从0 M 到0.275 M）、温度（从50 °C 到90 °C）和电流密度（从20 mA/cm2 到60 mA/cm2）等各种参数，以评估它们对浸出过程的影响。反应结束后，过滤未溶解物，洗涤，并用去离子水冲洗阳极和阴极板上的沉淀物，以进行后续表征。

【图片摘录】

【主要结论】

本研究开发了一种从废旧锂离子电池中回收正极材料的新方法，避免了使用外部化学还原剂和酸。利用电解废CuSO4溶液产生的H2SO4还原正极板上的废粉末，Ni2+、Co2+、Mn2+和Li+在电解液中浸出。经过优化，在温度80℃、pH~2.5、电流密度50 mA/m2的条件下，反应4.5 h后Ni、Co、Mn和Li的浸出率分别为93%、91%、89%和92%，Cu的沉积率达到99.8%。

(1)浸出液经过滤和电沉积同时进行，Mn2+以MnO2形式沉积在阳极板上，Ni2+和Co2+以Ni-Co合金形式沉积在阴极板上。在70 ℃、电流密度40 mA/m2条件下，阴极电流效率为72%，阳极电流效率为30%。Co、Ni、Mn分别在3 h、9 h、10 h内基本沉积完全。

(2)技术经济分析表明，电化学法是一种具有潜在经济性的技术，该研究为从废旧锂离子电池正极材料中回收有价金属提供了一种低成本、高效的方法。

此外，这种方法可以扩展到从废弃的 LIB 中回收各种有价值的材料，以及从 WEEE 中回收金属，从而更加环保并最大限度地减少二次废物。

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