FR3139947A1 - Procédé de recyclage du lithium de l’électrolyte d’une pile au lithium-ion - Google Patents
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Abstract
La divulgation divulgue un procédé pour recycler le lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion, qui comprend : le mélange d’un électrolyte usagé et d’un agent d’extraction, et la stratification pour obtenir une phase organique supérieure avec une densité non supérieure à 1,07 g/cm3 et une phase inférieure chargée en lithium avec une densité de 1,15 g/cm3 à 1,5 g/cm3. L’électrolyte usagé comprend des ions lithium et un solvant organique ester ; l’agent d’extraction comprend une solution aqueuse de sel et un solvant ; le solvant comprend au moins un parmi l’éthanol et le méthanol ; la phase organique supérieure comprend le solvant organique ester ; et la phase chargée en lithium comprend de l’eau. Le procédé de recyclage de lithium de la divulgation résout un problème selon lequel le carbonate dans l’électrolyte est difficile à séparer par stratification après avoir été mélangé à de l’eau.
Description
La présente divulgation appartient au domaine technique du recyclage des matériaux de piles, et concerne en particulier un procédé de recyclage du lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion.
En tant que matériau clé d’une pile au lithium-ion, l’électrolyte joue un rôle dans la conduction des ions entre une cathode et une anode de la pile, et garantit le fonctionnement normal de la pile au lithium-ion et l’obtention des avantages d’une tension élevée, d’une énergie spécifique élevée et analogues. L’électrolyte comprend généralement un solvant organique de haute pureté, un sel de lithium électrolytique (hexafluorophosphate de lithium, LiF6PO4) et d’autres matières premières, de sorte qu’une grande quantité d’électrolyte de pile au lithium-ion usagée est générée après la fin de la durée de vie utile de la pile au lithium-ion. La pile au lithium-ion présente l’avantage qu’une partie des ions lithium peut migrer dans l’électrolyte pendant l’utilisation de la pile au lithium-ion, de sorte qu’une teneur en lithium de l’électrolyte de la pile au lithium-ion usagée peut atteindre 7 g/l à 14 g/l. En outre, l’électrolyte de la pile au lithium-ion usagée peut absorber de l’eau et se détériorer dans l’air, et l’électrolyte de la pile au lithium-ion usagée contient des composants toxiques qui peuvent polluer l’environnement en s’échappant dans l’air. En outre, lorsque l’électrolyte de la pile au lithium-ion usagée ne peut pas être raisonnablement traité, il peut causer de graves dommages à l’environnement et au corps humain.
Les plus grands problèmes du recyclage de l’électrolyte au lithium-ion sont actuellement les suivants : 1. l’électrolyte de la pile au lithium-ion est réparti entre les plaques positives et négatives et un diaphragme, l’électrolyte collecté par broyage direct d’une seule pile contient des impuretés excessives, et la majeure partie de l’électrolyte est collée aux matériaux broyés, ce qui rend la collecte de l’électrolyte impossible. La plupart du carbonate contenu dans l’électrolyte est insoluble dans l’eau, mais une densité du carbonate est proche de celle de l’eau, et le carbonate est difficile à séparer par stratification après avoir été mélangé à l’eau, de sorte qu’il n’est pas possible d’obtenir un bon effet de séparation. À l’heure actuelle, il n’existe aucun rapport sur le procédé de collecte efficace et pratique de l’électrolyte dans la littérature. 2. Le recyclage du lithium est actuellement traité directement par une liqueur alcaline, mais les solvants organiques esters sont hydrolysés à différents degrés dans un environnement alcalin, de sorte que le traitement de recyclage suivant ne peut pas être effectué.
Il est donc urgent de mettre au point un procédé de recyclage du lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion, qui puisse résoudre le problème selon lequel les solvants organiques esters dans l’électrolyte de la pile au lithium-ion usagée sont difficiles à séparer de l’eau après avoir été mélangés à l’eau.
La présente divulgation vise à résoudre au moins l’un des problèmes techniques de l’art antérieur. Dans cette optique, la présente divulgation propose un procédé de recyclage du lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion, qui résout un problème selon lequel l’ester carbonique dans l’électrolyte est difficile à séparer de l’eau par stratification après avoir été mélangé à l’eau.
Un procédé de recyclage du lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion selon un mode de réalisation d’un premier aspect de la présente divulgation, comprend : le mélange d’un électrolyte usagé et d’un agent d’extraction, et la stratification pour obtenir une phase organique supérieure dont une densité n’est pas supérieure à 1,07 g/cm3et une phase inférieure chargée en lithium dont une densité est de 1,15 g/cm3à 1,5 g/cm3;
l’électrolyte usagé comprenant des ions lithium et un solvant organique ester ;
l’agent d’extraction comprenant une solution aqueuse de sel et un solvant ;
le solvant comprenant au moins un parmi l’éthanol et le méthanol ;
la phase organique supérieure comprenant le solvant organique ester ; et
la phase chargée en lithium comprenant de l’eau.
Le procédé de recyclage du lithium de l’électrolyte de la pile au lithium-ion selon le mode de réalisation de la présente divulgation a au moins les effets bénéfiques suivants.
Selon la présente divulgation, une densité d’une phase aqueuse est augmentée par ajout de la solution aqueuse de sel, et après avoir été mélangé avec au moins un parmi l’éthanol et le méthanol en proportion, le lithium est extrait de l’électrolyte usagé. Après avoir reposé le mélange pendant une période de temps, le mélange est stratifié pour réaliser la séparation des solvants organiques esters et de la phase chargée en lithium de la phase organique de l’électrolyte usagé, ce qui permet de résoudre le problème selon lequel les solvants organiques esters dans l’électrolyte sont difficiles à séparer par stratification après avoir été mélangés à l’eau.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le solvant organique ester comprend au moins un parmi le carbonate de diméthyle et le carbonate d’éthyle et de méthyle.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, la solution aqueuse de sel a une concentration massique de 5 % à 25 %.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, un rapport en volume entre l’électrolyte usagé, la solution aqueuse de sel et le solvant est (1-3):(1-3):(1-3).
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, un rapport en volume entre l’électrolyte usagé, la solution aqueuse de sel et le solvant est de 1:1:1, 2:1:1, 2:2:1, 2:1:2, 1:3:3, 3:1:1, 3:2:1, 3:3:1 ou 3:1:3.
Dans le rapport en volume susmentionné, la densité de la phase organique supérieure n’est pas supérieure à 1,07 g/cm3, et la densité de la phase inférieure chargée en lithium est d’environ 1,15 cm3à 1,5 cm3, ce qui permet de réaliser la stratification de la phase organique supérieure et de la phase inférieure chargée en lithium.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, la stratification dure de 0,5 heure à 3 heures. Le procédé utilisé pour la stratification comprend le repos.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, la solution aqueuse de sel comprend au moins une parmi une solution aqueuse de sulfate et une solution aqueuse de chlorure.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, un soluté de la solution aqueuse de sulfate comprend au moins un parmi le sulfate de potassium et le sulfate de sodium.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, un soluté de la solution aqueuse de chlorure comprend au moins un parmi le chlorure de sodium et le chlorure de potassium.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le mélange est effectué à une température de 15 ℃ à 100 ℃.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le mélange dure de 5 minutes à 30 minutes.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le mélange est effectué par agitation, et l’agitation est réalisée à une vitesse d’agitation de 60 tours/min à 400 tours/min.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le procédé de recyclage du lithium comprend en outre : le fractionnement de la phase organique supérieure.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le fractionnement comprend : le fractionnement par lots.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le fractionnement par lots est effectué à une température de 60 ℃ à 120 ℃, le fractionnement par lots est effectué à une pression de 10 kPa à 50 kPa, et le fractionnement par lots dure de 10 minutes à 30 minutes.
Dans les conditions de fractionnement ci-dessus, le carbonate de diméthyle et le carbonate d’éthyle et de méthyle peuvent être recyclés.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le procédé de recyclage du lithium comprend en outre : l’élimination d’impuretés de la phase inférieure chargée en lithium pour obtenir un produit en phase liquide.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, l’élimination d’impuretés comprend la distillation.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, la distillation est effectuée à une température de 15 ℃ à 100 ℃, la distillation est effectuée à un degré de vide de 10 kPa à 70 kPa, et la distillation dure de 10 minutes à 45 minutes.
Lors de la distillation, un raffinat de distillation et une fraction sont collectés ; et le procédé de recyclage de la fraction comprend la condensation.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, la condensation est effectuée à une température de 20 ℃ à 25 ℃.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le procédé de recyclage du lithium comprend en outre : l’utilisation de la fraction en tant que solvant de l’agent d’extraction.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le procédé de recyclage du lithium comprend en outre : le mélange du raffinat de distillation avec une solution aqueuse de carbonate.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le carbonate a une concentration massique de 1 % à 15 %.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le carbonate est ajouté en un rapport molaire tel que Li+:CO3 2-est de 2:(1,2-1,4).
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le produit en phase liquide est mélangé à la solution aqueuse de carbonate pendant 20 minutes à 30 minutes.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, après le mélange du produit en phase liquide et de la solution aqueuse de carbonate, une séparation solide-liquide est effectuée pour collecter respectivement un produit en phase solide et un filtrat.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le filtrat est un filtrat de filtrage-pressage.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, après la collecte du filtrat, le procédé comprend en outre : l’ajout d’un acide dans le filtrat.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le filtrat après avoir été additionné de l’acide a une valeur de pH de 0,5 à 1.
L’ajout d’acide ci-dessus a pour but d’éliminer le carbonate du filtrat.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le procédé comprend en outre : l’ajustement d’un pH du filtrat après avoir été additionné de l’acide pour être de 6 à 7 afin d’obtenir une solution aqueuse de sel et ensuite l’utilisation de la solution aqueuse de sel en tant que partie de l’agent d’extraction.
La solution aqueuse de sel obtenue ci-dessus peut être utilisée en tant que partie de l’agent d’extraction pour le recyclage.
Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, avant l’élimination d’impuretés de la phase inférieure chargée en lithium, le procédé comprend en outre : l’ajout de l’électrolyte usagé et du solvant, le mélange et la stratification pour obtenir la phase organique supérieure et la phase inférieure chargée en lithium, et l’ajout répété de l’électrolyte usagé et du solvant dans la phase inférieure chargée en lithium collectée jusqu’à ce qu’une teneur en lithium de la phase inférieure chargée en lithium soit de 16 g/l à 20 g/l.
Selon certains modes de réalisation préférés de la présente divulgation, avant d’éliminer les impuretés de la phase inférieure chargée en lithium, le procédé comprend en outre une concentration, et la concentration comprend les étapes suivantes consistant à :
S1. ajouter le solvant à la phase inférieure chargée en lithium pour obtenir un agent d’extraction, et extraire l’électrolyte usagé pour obtenir une phase organique supérieure et une phase secondaire chargée en lithium ; et
S2. ajouter le solvant à la phase secondaire chargée en lithium collectée pour obtenir à nouveau un agent d’extraction, et répéter l’opération de l’étape S1 jusqu’à ce qu’une teneur en lithium de la phase liquide soit de 16 g/l à 20 g/l.
Par conséquent, la teneur en lithium de la phase chargée en lithium peut être augmentée. Lorsque le solvant et la solution aqueuse de sel sont mélangés à l’électrolyte usagé, une petite quantité de solvant peut se volatiliser et, en même temps, une petite quantité de solvant peut pénétrer dans la phase organique supérieure (une phase d’électrolyte débarrassée du lithium) pendant la stratification, de sorte qu’une certaine quantité de solvant doit être ajoutée, et la solution aqueuse de sel n’est pas nécessaire.
Selon certains modes de réalisation préférés de la présente divulgation, à l’étape S1, l’électrolyte usagé et la phase inférieure chargée en lithium sont ajoutés selon un rapport en volume de 1:1.
Selon certains modes de réalisation préférés de la présente divulgation, à l’étape S1, un volume de la phase inférieure chargée en lithium est désigné par V1, à l’étape S2, un volume de la phase secondaire chargée en lithium est désigné par V2, et une quantité d’addition du solvant à l’étape S2 est V2-V1.
Une fois que la phase chargée en lithium séparée est supplémentée par le solvant et l’électrolyte usagé, une concentration de lithium dans la phase chargée en lithium peut s’enrichir progressivement, ce qui est bénéfique pour la précipitation des ions lithium. Selon la présente divulgation, le lithium dans la phase chargée en lithium est enrichi par ajout de l’électrolyte usagé et du solvant avant l’élimination d’impuretés de la phase chargée en lithium, ce qui est bénéfique pour le recyclage du lithium.
Dans la présente divulgation, l’électrolyte usagé, la solution aqueuse de sel et l’éthanol sont mélangés uniformément selon les quantités d’addition ci-dessus, et le lithium dans l’électrolyte est extrait. Après le repos du mélange pendant une période de temps, le mélange est stratifié pour obtenir la phase organique supérieure et la phase inférieure chargée en lithium, puis la phase chargée en lithium est distillée à basse température pour collecter l’éthanol (un solvant de l’agent d’extraction) qui peut être recyclé pour l’extraction. Le carbonate est ajouté au raffinat de distillation, agité et mélangé, et filtré pour obtenir le carbonate de lithium et le filtrat, et un acide fort est ajouté au filtrat pour éliminer le carbonate, puis le pH du filtrat est ajusté pour obtenir la solution aqueuse de sel de l’agent d’extraction, qui peut être utilisée en tant qu’agent d’extraction pour le recyclage. La phase organique supérieure est soumise à un fractionnement par lots pour obtenir du carbonate de diméthyle et du carbonate d’éthyle et de méthyle.
Les aspects et avantages susmentionnés et/ou supplémentaires de la présente divulgation seront plus apparents et plus faciles à comprendre à partir de la description des modes de réalisation prise en conjonction avec les dessins suivants, dans lesquels :
La est un organigramme d’un procédé de recyclage de lithium selon l’Exemple 2 de la présente divulgation ; et
La est un organigramme d’un procédé de recyclage de lithium selon l’Exemple 1 de la présente divulgation.
Les modes de réalisation de la présente divulgation seront décrits en détail ci-après. Les organigrammes des exemples sont représentés dans les dessins joints. Les numéros de référence identiques ou similaires dans les dessins désignent des éléments identiques ou similaires. Les exemples décrits ci-dessous en référence aux dessins joints sont illustratifs et ont pour seul but d’expliquer la présente divulgation, mais ne doivent pas être interprétés comme limitant la présente divulgation.
Cet exemple fournit un procédé pour recycler le lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion, dans lequel une pile au lithium ternaire usagée comprend les composants suivants en pourcentage en poids : 30 % de carbonate de diméthyle, 33 % de carbonate d’éthylène, 32 % de carbonate d’éthyle et de méthyle et 9 g/l de lithium.
Les étapes spécifiques sont les suivantes :
S1, une pile au lithium ternaire usagée est prélevée, déchargée, puis piquée pour collecter 2 000 ml d’électrolyte (électrolyte au lithium-ion usagé), ajoutée à 1 000 ml de solution de chlorure de sodium avec une concentration massique de 15 %, puis additionnée de 1 000 ml d’éthanol (une concentration massique de l’éthanol est de 100 %) pour le mélange à une température de mélange de 50 ℃, et une vitesse d’agitation de 400 tours/min, puis lavée pendant 15 minutes, et ensuite stratifiée après avoir reposé pendant 0,5 heure. Dans ce cas, une densité d’une phase organique supérieure est de 0,9 g/cm3, et une densité d’une phase inférieure chargée en lithium est de 1,15 g/cm3, et la phase inférieure chargée en lithium et la phase supérieure d’électrolyte débarrassée du lithium sont collectées par séparation de liquide.
S2, un fractionnement par lots est effectué sur la phase supérieure d’électrolyte débarrassée du lithium après élimination du lithium pour obtenir du carbonate de diméthyle et du carbonate d’éthyle et de méthyle, le fractionnement par lots étant effectué pendant 20 minutes à une température de 80 °C et à une pression de 30 kPa.
S3, après avoir supplémenté la phase inférieure chargée en lithium avec 100 ml d’éthanol et 1 l d’électrolyte, l’étape S1 est répétée ; la concentration de lithium dans la phase chargée en lithium est continuellement augmentée, et une teneur en lithium de la phase chargée en lithium (phase secondaire chargée en lithium) dans le système est finalement de 20 g/l.
S4, l’éthanol dans la phase chargée en lithium est évaporé dans un évaporateur rotatif à 80 ℃ et 30 kPa pendant 20 minutes, et le solvant éthanol dans l’agent d’extraction est condensé et collecté à 20 ℃ ; la teneur en lithium du liquide résiduel après évaporation de l’éthanol est testée, une solution de carbonate de sodium à 10 % est ajoutée selon un rapport molaire tel que Li+/CO3 2-est de 2/1,2, agitée et mise en réaction pendant 20 minutes, puis soumise à un filtrage-pressage pour obtenir un précipité de carbonate de lithium et un filtrat.
S5, un acide chlorhydrique est ajouté au filtrat à l’étape S4 pour ajuster un pH à 1 afin d’éliminer le CO3 2-, puis additionné d’hydroxyde de sodium pour ajuster le pH à 7 afin d’obtenir la solution aqueuse de sel dans l’agent d’extraction. Le recyclage de la solution aqueuse de sel est réalisé.
La est un organigramme du procédé de recyclage de lithium selon l’Exemple 1 de la présente divulgation.
Grâce à un test élémentaire ICP, à l’étape S1, la teneur en lithium de la phase supérieure d’électrolyte débarrassée du lithium est de 0,01 g/l ; le précipité de carbonate de lithium inférieur est obtenu, et un taux d’extraction de cette partie du lithium est de 99 %. Le procédé de calcul est le suivant : (9-0,01)/9 = 99 %.
Le taux d’extraction est calculé par le procédé de calcul suivant : (la teneur en lithium dans l’électrolyte - la teneur en lithium dans la phase d’électrolyte débarrassée du lithium après la stratification à l’étape S1)/la teneur en lithium dans l’électrolyte.
Une analyse qualitative et quantitative est réalisée par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse (GCMS). Lors de l’étape S2, un taux de recyclage du carbonate de diméthyle est de 80 % et un taux de recyclage du carbonate d’éthyle et de méthyle est de 75 %.
Cet exemple fournit un procédé pour recycler le lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion, dans lequel une pile au lithium ternaire usagée comprend les composants suivants en pourcentage en poids : 30 % de carbonate de diméthyle, 33 % de carbonate d’éthylène, 32 % de carbonate d’éthyle et de méthyle et 9 g/l de lithium.
Les étapes spécifiques sont les suivantes :
S1, une pile au lithium ternaire usagée est prélevée, déchargée, puis piquée pour collecter 2 000 ml d’électrolyte, ajoutée dans 1 000 ml de solution de chlorure de sodium avec une concentration massique de 5 %, puis additionnée de 1 000 ml d’éthanol pour le mélange à une température de mélange de 50 ℃, et une vitesse d’agitation de 400 tours/min, puis lavée pendant 15 minutes, puis stratifiée après avoir reposé pendant 0,5 heure pour collecter une phase inférieure chargée en lithium et une phase supérieure d’électrolyte débarrassé du lithium.
S2, un fractionnement par lots est effectué sur la phase supérieure d’électrolyte débarrassé du lithium après élimination du lithium pour obtenir du carbonate de diméthyle et du carbonate d’éthyle et de méthyle, le fractionnement par lots étant effectué pendant 20 minutes à une température de 80 ℃ et à une pression de 30 kPa.
S3, l’éthanol dans la phase chargée en lithium est évaporé dans un évaporateur rotatif à un degré de vide de 30 kPa et une température de 60 °C pendant 40 minutes, et le solvant éthanol dans l’agent d’extraction est condensé et collecté à 25 °C ; la teneur en lithium du liquide résiduel après évaporation de l’éthanol est testée, une solution de carbonate de sodium à 5 % est ajoutée selon un rapport molaire tel que Li+/CO3 2-est de 2/1,2, agitée et mise en réaction pendant 20 minutes, puis soumise à un filtrage-pressage pour obtenir un précipité de carbonate de lithium et un filtrat.
S4, un acide chlorhydrique est ajouté au filtrat à l’étape S3 pour ajuster un pH à 1 afin d’éliminer le carbonate, puis additionné d’hydroxyde de sodium pour ajuster le pH à 7 afin d’obtenir la solution aqueuse de sel dans l’agent d’extraction.
Grâce à un test élémentaire ICP, à l’étape S1, la teneur en lithium de la phase supérieure d’électrolyte débarrassé du lithium est de 0,01 g/l ; le précipité de carbonate de lithium inférieur est obtenu, et un taux d’extraction de cette partie du lithium est de 99 %.
Une analyse qualitative et quantitative est réalisée par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse (GCMS). Lors de l’étape de test S2, un taux de recyclage du carbonate de diméthyle est de 85 % et un taux de recyclage du carbonate d’éthyle et de méthyle est de 75 %.
La est un organigramme du procédé de recyclage de lithium selon l’Exemple 2 de la présente divulgation.
Cet exemple fournit un procédé pour recycler le lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion, dans lequel une pile au lithium ternaire usagée comprend les composants suivants en pourcentage en poids : 30 % de carbonate de diméthyle, 33 % de carbonate d’éthylène, 32 % de carbonate d’éthyle et de méthyle et 9 g/l de lithium.
Les étapes spécifiques sont les suivantes :
S1, une pile au lithium ternaire usagée est prélevée, déchargée, puis piquée pour collecter 1 000 ml d’électrolyte, ajoutée dans 1 000 ml de la solution aqueuse de sel à l’étape S5 de l’Exemple 1, puis additionnée de 1 000 ml d’éthanol condensé et recyclé à l’étape S4 de l’Exemple 1 pour le mélange à une température de mélange de 80 ℃, et une vitesse d’agitation de 400 tours/min, puis lavée pendant 15 minutes, et ensuite stratifiée après avoir reposé pendant 0,5 heure. Dans ce cas, une densité d’une phase organique supérieure est de 0,9 g/cm3, et une densité d’une phase inférieure chargée en lithium est de 1,3 g/cm3, et la phase inférieure chargée en lithium et la phase supérieure d’électrolyte débarrassé du lithium sont collectées par séparation de liquide.
S2, un fractionnement par lots est effectué sur la phase supérieure d’électrolyte débarrassé du lithium après élimination du lithium pour obtenir du carbonate de diméthyle et du carbonate d’éthyle et de méthyle, le fractionnement par lots étant effectué pendant 20 minutes à une température de 80 ℃ et à une pression de 30 kPa.
S3, après que la phase inférieure chargée en lithium a été supplémentée par un certain volume d’éthanol et un certain volume d’électrolyte, et lavée plusieurs fois de manière répétée ; la concentration de lithium dans la phase chargée en lithium est continuellement augmentée, et le recyclage de l’éthanol et l’extraction du lithium sont effectués par la suite.
S4, l’éthanol dans la phase chargée en lithium est évaporé dans un évaporateur rotatif à un degré de vide de 30 kPa et à une température de 60 ℃ pendant 40 minutes, et le solvant éthanol dans l’agent d’extraction est condensé et collecté à 20 ℃ ; la teneur en lithium du liquide résiduel après évaporation de l’éthanol est testée, une solution de carbonate de sodium à 10 % est ajoutée selon un rapport molaire tel que Li+/CO3 2-est de 2/1,2, agitée et mise en réaction pendant 20 minutes, puis soumise à un filtrage-pressage pour obtenir un précipité de carbonate de lithium et un filtrat.
S5, un acide chlorhydrique est ajouté au filtrat de l’étape S4 pour ajuster un pH à 1 afin d’éliminer le carbonate, puis additionné d’hydroxyde de sodium pour ajuster le pH à 7 afin d’obtenir la solution aqueuse de sel dans l’agent d’extraction.
Grâce à un test élémentaire ICP, à l’étape S1, la teneur en lithium de la phase supérieure d’électrolyte débarrassée du lithium est de 0,01 g/l ; le précipité de carbonate de lithium inférieur est obtenu, et un taux d’extraction de cette partie du lithium est de 99 %.
Une analyse qualitative et quantitative est réalisée par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse (GCMS). Lors de l’étape de test S2, un taux de recyclage du carbonate de diméthyle est de 80 % et un taux de recyclage du carbonate d’éthyle et de méthyle est de 70 %.
Cet exemple comparatif fournit un procédé pour recycler le lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion. La seule différence entre cet exemple comparatif et l’Exemple 1 est que l’éthanol de l’étape S1 de l’Exemple 1 n’est pas ajouté dans cet exemple comparatif, et les autres conditions sont les mêmes que dans l’Exemple 1.
Aucun précipité de carbonate de lithium n’est obtenu après la réalisation des étapes ci-dessus. Sous l’action combinée de la solution aqueuse de sel et de l’éthanol, l’électrolyte est stratifié et le lithium est extrait. Sans l’éthanol, le lithium ne peut pas être extrait, de sorte que le précipité de carbonate de lithium ne peut pas être formé dans les étapes suivantes.
Cet exemple comparatif fournit un procédé pour recycler le lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion. La seule différence entre cet exemple comparatif et l’Exemple 1 est que la solution de chlorure de sodium à 15 % de l’étape S1 de l’Exemple 1 n’est pas ajoutée dans cet exemple comparatif, et les autres conditions sont les mêmes que dans l’Exemple 1.
Après avoir effectué les étapes ci-dessus, la phase chargée en lithium et la phase d’électrolyte débarrassée du lithium ne peut pas être collectées. Sous l’action combinée de la solution aqueuse de sel et de l’éthanol, le lithium de l’électrolyte est extrait par l’éthanol, et la solution aqueuse de sel joue principalement un rôle de stratification. Sans la solution aqueuse de sel, les densités de la phase organique supérieure et de la phase inférieure chargée en lithium sont similaires, ce qui ne permet pas de réaliser la stratification ; il est donc impossible de collecter la phase chargée en lithium et la phase d’électrolyte débarrassée du lithium.
Cet exemple comparatif divulgue un procédé pour recycler le lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion. La seule différence entre cet exemple comparatif et l’Exemple 1 est qu’une densité de la phase organique supérieure dans cet exemple comparatif est de 1,1, et les autres conditions sont les mêmes que dans l’Exemple 1.
Dans ces conditions, les densités de la phase organique supérieure et de la phase inférieure chargée en lithium sont similaires, ce qui ne permet pas de réaliser une stratification ; il est donc impossible de collecter la phase chargée en lithium et la phase d’électrolyte débarrassée du lithium.
Cet exemple comparatif fournit un procédé pour recycler le lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion. La seule différence entre cet exemple comparatif et l’Exemple 1 est qu’une densité de la phase inférieure chargée en lithium dans cet exemple comparatif est de 1,0, et les autres conditions sont les mêmes que dans l’Exemple 1.
Dans ces conditions, les densités de la phase organique supérieure et de la phase inférieure chargée en lithium sont similaires, ce qui ne permet pas de réaliser une stratification ; il est donc impossible de collecter la phase chargée en lithium et la phase d’électrolyte débarrassée du lithium.
Cet exemple comparatif fournit un procédé pour recycler le lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion. La seule différence entre cet exemple comparatif et l’Exemple 1 est qu’une densité de la phase inférieure chargée en lithium dans cet exemple comparatif est de 1,6, et les autres conditions sont les mêmes que dans l’Exemple 1.
Grâce à un test élémentaire ICP, à l’étape S1, la teneur en lithium de la phase supérieure d’électrolyte débarrassé du lithium est de 0,12 g/l ; le précipité de carbonate de lithium inférieur est obtenu, et un taux d’extraction de cette partie du lithium est de 98 %.
Une analyse qualitative et quantitative est réalisée par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse (GCMS). Lors de l’étape de test S2, un taux de recyclage du carbonate de diméthyle est de 80 % et un taux de recyclage du carbonate d’éthyle et de méthyle est de 70 %.
Dans ces conditions, le dosage de la solution aqueuse de sel est trop important, ce qui entraîne un gaspillage inutile et augmente la difficulté du traitement ultérieur de la solution aqueuse de sel. En comparaison des exemples, un effet d’élimination du lithium est réduit.
Les exemples de la présente divulgation sont décrits en détail en référence aux dessins ci-dessus, mais la présente divulgation n’est pas limitée aux exemples ci-dessus, et diverses modifications peuvent également être apportées dans le cadre des connaissances de l’homme du métier sans s’écarter de l’objectif de la présente divulgation.
Claims (10)
- Procédé pour recycler le lithium d’un électrolyte d’une pile au lithium-ion, comprenant : le mélange d’un électrolyte usagé et d’un agent d’extraction, et la stratification pour obtenir une phase organique supérieure d’une densité non supérieure à 1,07 g/cm3et une phase inférieure chargée en lithium d’une densité de 1,15 g/cm3à 1,5 g/cm3;
dans lequel l’électrolyte usagé comprend des ions lithium et un solvant organique ester ;
l’agent d’extraction comprend une solution aqueuse de sel et un solvant ;
le solvant comprend au moins un parmi l’éthanol et le méthanol ;
la phase organique supérieure comprend le solvant organique ester ; et
la phase chargée en lithium comprend de l’eau. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la solution aqueuse de sel a une concentration massique de 5 % à 25 % ; et de préférence, un rapport volumique de l’électrolyte usagé, de la solution aqueuse de sel et du solvant est de (1-3):(1-3):(1-3).
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le mélange est effectué à une température de 15 ℃ à 100 ℃.
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le mélange dure de 5 minutes à 30 minutes.
- Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre : le fractionnement de la phase organique supérieure.
- Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre : l’élimination d’impuretés de la phase inférieure chargée en lithium pour obtenir un produit en phase liquide ; et de préférence, l’élimination d’impuretés comprend la distillation.
- Procédé selon la revendication 6, dans lequel la distillation est effectuée à une température de 15 ℃ à 100 ℃, la distillation est effectuée à un degré de vide de 10 kPa à 70 kPa, et la distillation dure de 10 minutes à 45 minutes.
- Procédé selon la revendication 6, comprenant en outre : le mélange du produit en phase liquide avec une solution aqueuse de carbonate.
- Procédé selon la revendication 8, dans lequel le carbonate a une concentration massique de 1 % à 15 %.
- Procédé selon la revendication 6, dans lequel avant l’élimination d’impuretés de la phase inférieure chargée en lithium, le procédé comprend en outre : l’ajout de l’électrolyte usagé et du solvant, le mélange et la stratification pour obtenir la phase organique supérieure et la phase inférieure chargée en lithium, et l’ajout répété de l’électrolyte usagé et du solvant dans la phase inférieure chargée en lithium collectée jusqu’à ce qu’une teneur en lithium de la phase inférieure chargée en lithium soit de 16 g/l à 20 g/l.
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