[go: up one dir, main page]

RU2789852C1 - Method for processing lithium-ion batteries with obtaining positive electrode components of alkaline batteries - Google Patents

Method for processing lithium-ion batteries with obtaining positive electrode components of alkaline batteries Download PDF

Info

Publication number
RU2789852C1
RU2789852C1 RU2022111239A RU2022111239A RU2789852C1 RU 2789852 C1 RU2789852 C1 RU 2789852C1 RU 2022111239 A RU2022111239 A RU 2022111239A RU 2022111239 A RU2022111239 A RU 2022111239A RU 2789852 C1 RU2789852 C1 RU 2789852C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lithium
nickel
manganese
cobalt
positive electrode
Prior art date
Application number
RU2022111239A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Витальевич Волынский
Арсений Владимирович Ушаков
Сергей Владимирович Брагин
Екатерина Владимировна Ушакова
Илья Александрович Ежов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Экологические технологии" (ООО "ЭКОТЕХ")
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Экологические технологии" (ООО "ЭКОТЕХ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Экологические технологии" (ООО "ЭКОТЕХ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2789852C1 publication Critical patent/RU2789852C1/en

Links

Abstract

FIELD: waste processing and disposal.
SUBSTANCE: invention relates to the fields of waste processing and disposal, as well as electrical engineering, and can be used in industry for processing and recycling lithium-ion batteries and obtaining positive electrode components for alkaline nickel-cadmium batteries. The method for processing lithium-ion batteries comprises the following steps: discharging spent lithium-ion batteries in solution, crushing and mechanically separating into several fractions that differ in particle size, density and chemical composition; get graphite powder and powder of cobalt, lithium, nickel, manganese, aluminum oxides; the resulting graphite powder is cleaned from traces of metals and used as an additive to the positive electrode of an alkaline battery; the obtained powder of oxides of cobalt, lithium, nickel, manganese, aluminum is exposed to an aqueous solution of sulfuric acid, then precipitation and separation of a part of manganese in the form of manganese (IV) oxide, precipitation and separation of a mixture of hydroxides of nickel (II), cobalt (II), aluminum and manganese residue; a mixture of nickel (II), cobalt (II), aluminum and manganese hydroxides is used as a nickel- and cobalt-containing mixed component of the positive electrode of an alkaline battery.
EFFECT: improving the efficiency and safety of lithium-ion battery recycling.
1 cl, 1 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к областям переработки и утилизации отходов, а также электротехники и может быть использовано в промышленности для переработки и утилизации литий-ионных аккумуляторов и получения компонентов положительного электрода щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов.The invention relates to the fields of waste processing and disposal, as well as electrical engineering, and can be used in industry for processing and recycling lithium-ion batteries and obtaining positive electrode components for alkaline nickel-cadmium batteries.

Уровень техникиState of the art

Литий-ионные аккумуляторы являются самыми энергоёмкими и энергоэффективными среди вторичных источников тока, что определяет их широкое распространение в устройствах бытового и промышленного назначения, для электротранспорта. В таких аккумуляторах при заряде и разряде ионы лития извлекаются из одного электрода, мигрируют через электролит, внедряются в другой электрод (Современные электрохимические системы аккумулирования энергии/ Т. Л. Кулова, и др. // Kimya problemləri, 2018, № 1. С. 9-34). Состав используемых материалов для аккумуляторов различается в зависимости от их назначения и производителя. В качестве положительных электродов используют композиты смешанных оксидов лития, кобальта, никеля, марганца, алюминия или фосфата железа и лития с углеродными электропроводящими добавками и полимерным связующим, закреплённые на алюминиевой фольге. В качестве основного компонента отрицательного электрода выступают графит или некоторые лития, закреплённые на медной или (реже) алюминиевой фольге. Электроды разделяются полимерным сепаратором-диэлектриком, пропитанным жидким раствором соли лития в органических растворителях, проводящим ток, или полимером с литий-ионной проводимостью. После завершения эксплуатации неповреждённые литий-ионные аккумуляторы считаются отходами II класса опасности (Код ФККО 48220131532 (Приказ Росприроднадзора от 22.05.2017 N 242 (ред. от 04.10.2021) «Об утверждении Федерального классификационного каталога отходов»)) и подлежат утилизации. Lithium-ion batteries are the most energy-intensive and energy-efficient among secondary current sources, which determines their widespread use in household and industrial devices, for electric vehicles. In such batteries, during charging and discharging, lithium ions are extracted from one electrode, migrate through the electrolyte, and are introduced into another electrode (Modern electrochemical energy storage systems / T. L. Kulova, et al. // Kimya problemləri, 2018, No. 1. P. 9-34). The composition of the materials used for batteries varies depending on their purpose and manufacturer. As positive electrodes, composites of mixed oxides of lithium, cobalt, nickel, manganese, aluminum or iron and lithium phosphate with electrically conductive carbon additives and a polymer binder, fixed on aluminum foil, are used. The main component of the negative electrode is graphite or some lithium, fixed on copper or (less often) aluminum foil. The electrodes are separated by a dielectric polymer separator impregnated with a liquid solution of a lithium salt in organic solvents that conducts current, or a polymer with lithium-ion conductivity. After completion of operation, undamaged lithium-ion batteries are considered waste of hazard class II (FKKO code 48220131532 (Order of Rosprirodnadzor dated May 22, 2017 N 242 (as amended on October 4, 2021) "On approval of the Federal classification catalog of waste")) and are subject to disposal.

Никель-кадмиевые аккумуляторы промышленного и специального назначения отличаются высокими сроками службы и хранения, длительной сохранностью накопленного заряда, надёжностью при низких температурах, невысокой стоимостью, наличием замкнутых циклов утилизации отработанных устройств, производства новых изделий и их применения, поэтому они по-прежнему являются одними из распространённых вторичных источников тока. В таких аккумуляторах при заряде и разряде гидроксид-ионы выделяются из одного электрода, мигрируют через электролит, аккумулируются на другом электроде (Современные электрохимические системы аккумулирования энергии/ Т. Л. Кулова, и др. // Kimya problemləri, 2018, № 1. С. 9-34). В качестве основного компонента массы положительного электрода используют гидрат закиси никеля (гидроксид никеля(II)), применяют добавки графита, сульфата бария, гидроксида кобальта(II), связующего вещества (Дасоян М.А., Новодереяжкин В.В. и Томашевский Ф.Ф. Производство электрических аккумуляторов. М., "Высшая школа", 1970, с.294-301). В качестве основного компонента отрицательного электрода выступает оксид или гидроксид кадмия. Электролитом выступают щелочные водные растворы, содержащие гидроксиды натрия, калия и лития. После завершения эксплуатации и отделения электролита никель-кадмиевые аккумуляторы считаются отходами III класса опасности (Код ФККО 92012002523 (Приказ Росприроднадзора от 22.05.2017 N 242 (ред. от 04.10.2021) «Об утверждении Федерального классификационного каталога отходов»)).Nickel-cadmium batteries for industrial and special purposes are distinguished by high service and storage life, long-term storage of the accumulated charge, reliability at low temperatures, low cost, closed cycles for the disposal of used devices, the production of new products and their application, so they are still one of the most common secondary power sources. In such batteries, during charging and discharging, hydroxide ions are released from one electrode, migrate through the electrolyte, accumulate on another electrode (Modern electrochemical energy storage systems / T. L. Kulova, et al. // Kimya problemləri, 2018, No. 1. C 9-34). As the main component of the mass of the positive electrode, nickel oxide hydrate (nickel(II) hydroxide) is used, additives of graphite, barium sulfate, cobalt(II) hydroxide, a binder are used (Dasoyan M.A., Novodereyazhkin V.V. and Tomashevsky F. F. Production of electric accumulators, Moscow, "Vysshaya Shkola", 1970, pp. 294-301). The main component of the negative electrode is cadmium oxide or hydroxide. The electrolyte is alkaline aqueous solutions containing sodium, potassium and lithium hydroxides. After completion of operation and separation of the electrolyte, nickel-cadmium batteries are considered waste of the III hazard class (FKKO code 92012002523 (Order of Rosprirodnadzor dated May 22, 2017 N 242 (as amended on October 4, 2021) "On approval of the Federal classification catalog of waste")).

Наличие в литий-ионных и щелочных аккумуляторах одинаковых компонентов, а именно графита и ценных кобальта и никеля, допускает возможную переработку литий-ионных аккумуляторов, являющихся отходами II класса опасности, совмещённую с последующим получением компонентов положительного электрода щелочных аккумуляторов.The presence in lithium-ion and alkaline batteries of the same components, namely graphite and valuable cobalt and nickel, allows the possible processing of lithium-ion batteries, which are waste of hazard class II, combined with the subsequent production of components of the positive electrode of alkaline batteries.

Известен способ переработки отходов батарей (WO2011113860A1, 22.09.2011), включающий следующие этапы: сортировку батарей на группы по разновидностям; отделение дисковых батарей; разборку литий-ионных батарей; измельчение аккумуляторов с разделением на тяжёлую твёрдую фракцию и пыль; улавливание пыли и её сортировка по размерам частиц; разделение частиц тяжёлой фракции по плотности; удаление ферромагнитного материала магнитной сепарацией частиц, перемещаемых конвейером; передачу продуктов разделения в процесс очистки или переплавки для извлечения повторно используемых материалов. Повышение степени извлечения повторно используемых материалов отработанных батарей при минимальном вредном воздействии на окружающую среду является техническим результатом заявленного изобретения. Предусматривается сортировка отработанных источников тока на свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные, ртутьсодержащие, литий-ионные аккумуляторы, литиевые первичные источники тока и отделение дисковых элементов малого размера независимо от разновидности. Особенностью изобретения является то, что в результате переработки литий-ионных аккумуляторов получаются фракции частиц, различающиеся по плотности, размеру и химическому составу, что соответствует механическому разделению на концентраты: лёгкий пластик и картон, тяжёлый пластик и конструкционные металлы, железные хлопья, порошок с медью и соединениями кобальта. Смесь лёгких пластиков и картона предлагается добавлять в процесс переработки никель-металлогидридных аккумуляторов для снижения энергетических затрат на никелеплавильном предприятии, которое явится реципиентом никельсодержащих отходов.A known method for processing waste batteries (WO2011113860A1, 09/22/2011), including the following steps: sorting batteries into groups according to varieties; separation of disk batteries; disassembly of lithium-ion batteries; grinding of accumulators with separation into heavy solid fraction and dust; dust capture and sorting by particle size; separation of heavy fraction particles by density; removal of ferromagnetic material by magnetic separation of particles moved by the conveyor; transfer of separation products to a purification or remelting process to recover reusable materials. Increasing the degree of recovery of reusable waste battery materials with minimal adverse environmental impact is the technical result of the claimed invention. Sorting of spent current sources into lead-acid, nickel-cadmium, nickel-metal hydride, mercury-containing, lithium-ion batteries, lithium primary current sources and separation of small disk cells, regardless of variety, are envisaged. A feature of the invention is that as a result of the processing of lithium-ion batteries, particle fractions are obtained that differ in density, size and chemical composition, which corresponds to mechanical separation into concentrates: light plastic and cardboard, heavy plastic and structural metals, iron flakes, powder with copper and cobalt compounds. A mixture of lightweight plastics and cardboard is proposed to be added to the process of processing nickel-metal hydride batteries to reduce energy costs at a nickel-smelting plant, which will be a recipient of nickel-containing waste.

Однако авторы не уделяют внимание тому, что литий-ионные аккумуляторы, поступающие на переработку, могут содержать избыточный заряд. Если заряженные аккумуляторы подвергать механическому разрушению, это может привезти к их воспламенению и взрыву. Также не учитывается, что современные литий-ионные аккумуляторы с оксидными положительными электродами помимо кобальта содержат никель, марганец и алюминий, соответственно, не рассматриваются вопросы о разделении этих металлов, также не рассматриваются вопросы применения соединений этих металлов.However, the authors do not pay attention to the fact that lithium-ion batteries entering for processing may contain an excess charge. If charged batteries are subjected to mechanical destruction, they may ignite and explode. It is also not taken into account that modern lithium-ion batteries with oxide positive electrodes contain nickel, manganese and aluminum in addition to cobalt, respectively, the separation of these metals is not considered, and the use of compounds of these metals is also not considered.

Известен способ утилизации литийсодержащих отходов в виде батарей (RU2676806C1, 11.01.2019), который включает разряд литиевых батарей с использованием разрядной установки; измельчение и обработку щёлочью; очистку жидкой фракции с дальнейшим получением карбоната лития; сушку, магнитную сепарацию и гидролиз твёрдой фракции; фильтрацию; обработку аммиаком фильтрата для очистки от железа и хрома; осаждение из очищенного фильтрата, фильтрование и сушку гидроксида галлия. Для утилизации по этому подходу используют литиевые батареи систем Li/SOCl2 (литий-тионилхлорид), Li/SO2Cl2 (литий-сульфурилхлорид), Li/SO2 (литий-диоксид серы), что занимает лишь небольшую часть от общего объема литийсодержащих источников тока.A known method of recycling lithium-containing waste in the form of batteries (RU2676806C1, 01/11/2019), which includes the discharge of lithium batteries using a discharge unit; grinding and alkali treatment; purification of the liquid fraction with further production of lithium carbonate; drying, magnetic separation and hydrolysis of the solid fraction; filtration; ammonia treatment of the filtrate to remove iron and chromium; precipitation from the purified filtrate, filtration and drying of gallium hydroxide. For disposal according to this approach, lithium batteries of the Li / SOCl 2 (lithium-thionyl chloride), Li / SO 2 Cl 2 (lithium-sulphuryl chloride), Li / SO 2 (lithium-sulfur dioxide) systems are used, which occupies only a small part of the total volume lithium-containing current sources.

Однако данный способ подразумевает использование разрядной установки, соответственно, индивидуальное подключение к разъёмным механизмам каждого источника тока, требующего разряда. В условиях переработки большого количества аккумуляторов разных размеров этот этап будет характеризоваться низкой производительностью. Кроме этого, этот способ ограничен по типу утилизируемых литиевых источников тока и не включает в себя утилизацию литий-ионных аккумуляторов.However, this method involves the use of a discharge installation, respectively, an individual connection to the detachable mechanisms of each current source that requires a discharge. In the conditions of processing a large number of batteries of different sizes, this stage will be characterized by low productivity. In addition, this method is limited in terms of the type of lithium power sources that can be recycled and does not include the recycling of lithium-ion batteries.

Для разряда литий-ионных аккумуляторов распространён приём, согласно которому аккумуляторы выдерживаются в течение суток в водных растворах хлорида натрия, хлорида калия, нитрата натрия, сульфата марганца, сульфата магния или сульфата железа (Pražanová, A. Literature review, recycling of lithium-ion batteries from electric vehicles, part i: recycling technology / A. Pražanová, V. Knap, and D.-I. Stroe // Energies, 2022, 15, 1086). Такие растворы обладают ионной проводимостью, низкой, но достаточной для замыкания цепи с химическим источником тока и его медленного разряда. При этом на поверхности источника тока в местах токовыводов осуществляется процесс электролиза окружающего раствора. To discharge lithium-ion batteries, a common technique is that the batteries are kept for a day in aqueous solutions of sodium chloride, potassium chloride, sodium nitrate, manganese sulfate, magnesium sulfate, or iron sulfate (Pražanová, A. Literature review, recycling of lithium-ion batteries from electric vehicles, part i: recycling technology / A. Pražanová, V. Knap, and D.-I. Stroe // Energies, 2022, 15, 1086). Such solutions have low ionic conductivity, but sufficient to close the circuit with a chemical current source and slowly discharge it. At the same time, the process of electrolysis of the surrounding solution is carried out on the surface of the current source in the places of the current leads.

Недостатком перечисленных растворов является либо возможность выделения при электролизе газообразных или растворённых продуктов, не являющихся безопасными для окружающей среды (хлориды натрия и калия, нитрат натрия), либо высокая стоимость (сульфаты марганца и магния), либо ускорение коррозионных процессов с корпусом аккумуляторов (хлориды натрия и калия, сульфат железа). The disadvantage of these solutions is either the possibility of the release during electrolysis of gaseous or dissolved products that are not safe for the environment (sodium and potassium chlorides, sodium nitrate), or high cost (manganese and magnesium sulfates), or acceleration of corrosion processes with the battery case (sodium chlorides and potassium, ferrous sulfate).

Получение гидроксида никеля(II) для положительного электрода щелочного аккумулятора осуществляют осаждением из раствора солей никеля (чаще сульфата никеля) раствором натриевой щелочи при дозировании растворов с последующей отмывкой, в том числе с добавками к промывной воде карбоната натрия, фильтрацией и сушкой (RU2310951C1, 20.11.2007). В качестве сырья могут выступать отработанные или дефектные ламельные оксидноникелевые электроды, подвергнутые деформации при давлении, просеву и магнитной сепарации с последующим растворением в растворе серной кислоты (RU2264000C1, 10.11.2005). Полученный гидроксид никеля(II) смешивают с графитом, гидроксидом кобальта(II), сульфатом бария и эту активную массу используют для изготовления оксидноникелевых электродов. Отходом при таких способах получения гидроксида никеля(II) для положительного электрода щелочного аккумулятора является водный раствор сульфата натрия с примесями гидроксида и карбоната и следами никеля. Этот раствор является электропроводящим благодаря наличию соответствующих ионов. Obtaining nickel(II) hydroxide for the positive electrode of an alkaline battery is carried out by precipitation from a solution of nickel salts (usually nickel sulfate) with a solution of sodium alkali when dispensing solutions, followed by washing, including with additives to the washing water of sodium carbonate, filtration and drying (RU2310951C1, 20.11 .2007). Used or defective nickel oxide lamellar electrodes subjected to deformation under pressure, screening and magnetic separation with subsequent dissolution in a sulfuric acid solution (RU2264000C1, 10.11.2005) can serve as raw materials. The resulting nickel(II) hydroxide is mixed with graphite, cobalt(II) hydroxide, barium sulfate, and this active mass is used to manufacture nickel oxide electrodes. Waste in such methods of obtaining nickel(II) hydroxide for the positive electrode of an alkaline battery is an aqueous solution of sodium sulfate with impurities of hydroxide and carbonate and traces of nickel. This solution is electrically conductive due to the presence of the appropriate ions.

Недостатком этих изобретений является то, что не рассматриваются другие виды отходов, которые могут содержать кобальт и никель в произвольном соотношении, в том числе отходы литий-ионных аккумуляторов.The disadvantage of these inventions is that other types of waste are not considered, which may contain cobalt and nickel in an arbitrary ratio, including lithium-ion battery waste.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технической задачей изобретения является создание способа, повышающего эффективность и безопасность переработки литий-ионных аккумуляторов с последующим использованием её продуктов в производстве щелочных аккумуляторов.The technical objective of the invention is to create a method that improves the efficiency and safety of processing lithium-ion batteries with the subsequent use of its products in the production of alkaline batteries.

Технический результат заключается в повышении эффективности и безопасности переработки литий-ионных аккумуляторов с последующим использованием её продуктов в производстве щелочных аккумуляторов.The technical result consists in increasing the efficiency and safety of processing lithium-ion batteries with the subsequent use of its products in the production of alkaline batteries.

Технический результат достигается за счет того, что способ переработки литий-ионных аккумуляторов с получением компонентов положительного электрода щелочных аккумуляторов содержит следующие этапы: The technical result is achieved due to the fact that the method of processing lithium-ion batteries to obtain components of the positive electrode of alkaline batteries contains the following steps:

осуществляют разряд отработанных литий-ионных аккумуляторов в растворе, который является отходом при получении гидроксида никеля(II) для положительного электрода щелочного аккумулятора;carrying out the discharge of spent lithium-ion batteries in a solution that is a waste in the production of nickel(II) hydroxide for the positive electrode of an alkaline battery;

разряженные литий-ионные аккумуляторы измельчают и механически разделяют на несколько фракций, отличающихся размером частиц, плотностью и химическим составом;discharged lithium-ion batteries are crushed and mechanically separated into several fractions that differ in particle size, density and chemical composition;

получают порошок графита и порошок оксидов, содержащий оксиды кобальта, лития, никеля, марганца, алюминия;graphite powder and oxide powder containing oxides of cobalt, lithium, nickel, manganese, aluminum are obtained;

полученный порошок графита очищают от следов металлов и применяют в качестве добавки к положительному электроду щелочного аккумулятора;the resulting graphite powder is cleaned from traces of metals and used as an additive to the positive electrode of an alkaline battery;

полученный порошок оксидов кобальта, лития, никеля, марганца, алюминия подвергают воздействию водного раствора серной кислоты, далее осаждению и отделению части марганца в виде оксида марганца(IV), осаждению и отделению смеси гидроксидов никеля(II), кобальта(II), алюминия и остатка марганца; the obtained powder of oxides of cobalt, lithium, nickel, manganese, aluminum is exposed to an aqueous solution of sulfuric acid, then precipitation and separation of a part of manganese in the form of manganese (IV) oxide, precipitation and separation of a mixture of hydroxides of nickel (II), cobalt (II), aluminum and manganese residue;

смесь гидроксидов никеля(II), кобальта(II), алюминия и марганца применяют как никель- и кобальтсодержащий смешанный компонент положительного электрода щелочного аккумулятора.a mixture of nickel(II), cobalt(II), aluminum and manganese hydroxides is used as a nickel- and cobalt-containing mixed component of the positive electrode of an alkaline battery.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Для безопасной утилизации литий-ионных аккумуляторов необходимо их привести в гарантированно разряженное состояние. Для обеспечения безопасности разряда необходимо применение доступных жидких электролитов, электролиз которых будет давать газообразные или растворённые продукты, безопасные для окружающей среды. Для повышения эффективности переработки и производства электрических аккумуляторов необходимо предусмотреть применение продуктов переработки литий-ионных аккумуляторов в качестве сырья в производстве щелочных аккумуляторов, по возможности сократив число стадий.For safe disposal of lithium-ion batteries, it is necessary to bring them to a guaranteed discharged state. To ensure the safety of the discharge, it is necessary to use available liquid electrolytes, the electrolysis of which will produce gaseous or dissolved products that are safe for the environment. To improve the efficiency of processing and production of electric batteries, it is necessary to provide for the use of lithium-ion battery processing products as raw materials in the production of alkaline batteries, reducing the number of stages if possible.

Разряд отработанных литий-ионных аккумуляторов осуществляется в растворе, содержащем соли серной кислоты с примесями гидроксидов и карбонатов, который является отходом при получении гидроксида никеля(II) для положительного электрода щелочного аккумулятора, при этом продукты переработки, а именно графит и не требующая разделения смесь гидроксидов никеля, кобальта, алюминия и марганца используются как компоненты положительного электрода для щелочного аккумулятора.The discharge of spent lithium-ion batteries is carried out in a solution containing salts of sulfuric acid with impurities of hydroxides and carbonates, which is a waste in the production of nickel (II) hydroxide for the positive electrode of an alkaline battery, while the products of processing, namely graphite and a mixture of hydroxides that do not require separation nickel, cobalt, aluminum and manganese are used as positive electrode components for alkaline batteries.

При разряде источников тока в растворе, содержащем соли серной кислоты с примесями гидроксидов и карбонатов, не выделяется газообразных или растворимых продуктов, являющихся небезопасными для окружающей среды. Положительные токовыводы источников тока выступают анодами и на них происходит либо окисление воды с выделением газообразного кислорода (4OH- → O2↑ + 2H2O + 4e-), либо окисление и растворение металлического токоотвода (Fe → Fe2+ + 2e-). Отрицательные токовыводы выступают катодом и на них происходит либо восстановление воды с выделением водорода (2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH-), либо восстановление растворённого в воде кислорода (O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-). Перегрев раствора за счёт экзотермических процессов исключается большим объёмным соотношением раствора к аккумуляторам. Для того чтобы предотвратить концентрирование водорода, достаточно предусмотреть естественную вентиляцию либо обеспечить аэрацию раствора, достаточную для преимущественного протекания процесса восстановления растворённого кислорода. Также на отрицательном токовыводе осаждается никель (Ni2+ + 2e- → Ni), следы которого присутствуют в растворе, являющемся отходом после получения гидроксида никеля, что способствует его включению в дальнейшую переработку и очистке от него сульфатного раствора.When discharging power sources in a solution containing salts of sulfuric acid with impurities of hydroxides and carbonates, no gaseous or soluble products are released that are unsafe for the environment. The positive current leads of the current sources act as anodes and either water is oxidized with the release of gaseous oxygen (4OH - → O 2 ↑ + 2H 2 O + 4e - ), or the metal current collector is oxidized and dissolved (Fe → Fe 2+ + 2e - ). Negative current leads act as a cathode and either water is reduced with hydrogen evolution (2H 2 O + 2e - → H 2 ↑ + 2OH - ), or oxygen dissolved in water is reduced (O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH - ) . Overheating of the solution due to exothermic processes is excluded by a large volume ratio of the solution to the accumulators. In order to prevent the concentration of hydrogen, it is sufficient to provide for natural ventilation or to provide aeration of the solution sufficient for the preferential flow of the process of reduction of dissolved oxygen. Nickel is also deposited on the negative current lead (Ni 2+ + 2e - → Ni), traces of which are present in the solution, which is a waste after obtaining nickel hydroxide, which contributes to its inclusion in further processing and purification of the sulfate solution from it.

Крупные батареи разбираются с целью извлечения аккумуляторов. Титанатные и литий-железофосфатные батареи и аккумуляторы выявляются предварительной сортировкой. Такие аккумуляторы целесообразно перерабатывать отдельно от других литий-ионных аккумуляторов, поскольку титанат лития затруднит дальнейшую гидрометаллургическую обработку, а присутствие железа нежелательно в активной массе положительного электрода щелочного аккумулятора. В процессе измельчения разряженных литий-ионных аккумуляторов и механической сепарации с применением последовательных дробилок, конвейеров, воздушных фильтров и циклонов добиваются разделения на сыпучие концентраты частиц, различающиеся по плотности и размеру, а также химическому составу: лёгкая фракция пластиков, не содержащая соединений металлов; тяжёлый пластик и конструкционные металлы; железные частицы; частицы медной фольги; частицы алюминиевой фольги; порошок графита; порошок, содержащий оксиды кобальта, лития, никеля, марганца, алюминия. Фракции пластиков, частиц железа, частиц меди, частиц алюминия передаются заинтересованным потребителям. Порошок графита очищается от следов металлов (например, меди и/или других металлов) обработкой серной кислотой с последующей фильтрацией и применяется в качестве добавки к положительному электроду щелочного аккумулятора. Порошок оксидов кобальта, лития, никеля, марганца, алюминия подвергается воздействию водного раствора серной кислоты. Значительная доля марганца осаждается из водного раствора в виде оксида марганца(IV) добавлением перекиси водорода, аэрацией, управлением кислотностью среды за счёт добавления раствора гидроксида натрия. После этого раствор фильтруется. Марганецсодержащий кек передаётся заинтересованному потребителю. Фильтрат используется для осаждения смеси гидроксидов никеля(II), кобальта(II), алюминия и остатка марганца за счёт добавления раствора гидроксида натрия с последующим отделением операциями фильтрования, промывкой, повторного фильтрования и сушки. Эту смесь применяют как смешанный никель- и кобальтсодержащий компонент положительного электрода щелочного аккумулятора. Алюминий и умеренное количество марганца не оказывают существенного влияния на коэффициент использования никеля в составе положительного электрода щелочного аккумулятора. Таким образом, полное разделение смеси соединений никеля, кобальта, алюминия и марганца не требуется. Это соответствует тому, что не предусматриваются дополнительные стадии процесса, и тому, что не осуществляется расход дополнительных реагентов. Раствор после отделения смеси гидроксидов никеля(II), кобальта(II), алюминия и марганца содержит сульфаты, гидроксиды и карбонаты натрия и лития, алюминат-ионы, следы фторид-ионов, никеля, кобальта и марганца и может быть передан заинтересованному потребителю для извлечения лития.Large batteries are disassembled in order to remove the batteries. Titanate and lithium iron phosphate batteries and accumulators are detected by preliminary sorting. It is advisable to process such batteries separately from other lithium-ion batteries, since lithium titanate will complicate further hydrometallurgical processing, and the presence of iron in the active mass of the positive electrode of an alkaline battery is undesirable. In the process of grinding discharged lithium-ion batteries and mechanical separation using successive crushers, conveyors, air filters and cyclones, they achieve separation into free-flowing particle concentrates that differ in density and size, as well as chemical composition: a light fraction of plastics that does not contain metal compounds; heavy plastic and structural metals; iron particles; copper foil particles; aluminum foil particles; graphite powder; powder containing oxides of cobalt, lithium, nickel, manganese, aluminum. Fractions of plastics, iron particles, copper particles, aluminum particles are transferred to interested consumers. Graphite powder is removed from traces of metals (for example, copper and/or other metals) by treatment with sulfuric acid, followed by filtration, and is used as an additive to the positive electrode of an alkaline battery. Powder of oxides of cobalt, lithium, nickel, manganese, aluminum is exposed to an aqueous solution of sulfuric acid. A significant proportion of manganese precipitates from an aqueous solution in the form of manganese (IV) oxide by adding hydrogen peroxide, aeration, and controlling the acidity of the medium by adding a solution of sodium hydroxide. The solution is then filtered. The manganese-containing cake is transferred to the interested consumer. The filtrate is used to precipitate a mixture of nickel(II), cobalt(II), aluminum and manganese hydroxides by adding sodium hydroxide solution, followed by separation by filtration, washing, re-filtration and drying operations. This mixture is used as a mixed nickel and cobalt containing component of the positive electrode of an alkaline battery. Aluminum and a moderate amount of manganese do not significantly affect the utilization of nickel in the positive electrode of an alkaline battery. Thus, complete separation of the mixture of nickel, cobalt, aluminum and manganese compounds is not required. This corresponds to the fact that no additional process steps are provided and that no additional reagents are consumed. The solution after separation of the mixture of nickel(II), cobalt(II), aluminum and manganese hydroxides contains sulfates, hydroxides and carbonates of sodium and lithium, aluminate ions, traces of fluoride ions, nickel, cobalt and manganese and can be transferred to an interested consumer for extraction lithium.

Пример. Example .

100 кг отработанных неповреждённых литий-ионных батарей выдерживают в течение суток в растворе сульфата натрия с примесями гидроксида и карбоната натрия, который является фильтратом после отделения гидроксида никеля(II) в производстве материала положительного электрода никель-кадмиевого аккумулятора. На 1 кг батарей приходится 20 кг раствора. Из разряженных батарей отделяют 60 кг литий-ионных аккумуляторов, которые измельчают и механически разделяют на несколько фракций, отличающихся размером частиц, плотностью и химическим составом. Фракции пластиков, частиц железа, частиц медной фольги, частиц алюминия передаются заинтересованным потребителям. Среди фракций имеется порошок, обогащённый графитом (9 кг), и порошок, обогащённый катодным материалом (15 кг). Порошок, обогащённый графитом, подвергается очистке от следов меди и других металлов и используется в качестве добавки к положительному электроду никель-кадмиевого аккумулятора. С использованием этого графита готовят 50-100 кг активной массы положительного электрода в зависимости от требуемого содержания графита. Катодный порошок растворяется в избытке серной кислоты, фильтруется, к разогретому фильтрату при контроле кислотности среды и температуры добавляется 30% раствор перекиси водорода и через него барботируется воздух. В осадок переходит большая часть марганца (не менее 95%) в форме оксида. Кек (4 кг) после фильтрования рассматривается как марганцевый концентрат и предлагается заинтересованным потребителям. К фильтрату после отделения марганецсодержащего кека при контроле остаточного содержания и температуры добавляется раствор щёлочи и карбоната для осаждения смеси гидроксидов никеля(II), кобальта(II), алюминия и остатка марганца. Повторным фильтрованием отделяется кек (10 кг), с содержанием никеля 30%, кобальта 30%, алюминия 5%, марганца 1%. Этот кек после сушки применяется как добавка в активную массу положительного электрода никель-кадмиевого аккумулятора для обеспечения требуемого соотношения кобальта и никеля. В зависимости от требуемого содержания кобальта с использованием кека готовят 300-500 кг активной массы положительного электрода. Фильтрат содержит 1 кг лития в жидком растворе, также содержащем сульфат натрия с примесями гидроксида и карбоната, может быть передан заинтересованному потребителю для извлечения лития.100 kg of spent intact lithium-ion batteries are kept for a day in a sodium sulfate solution with impurities of sodium hydroxide and sodium carbonate, which is a filtrate after separation of nickel(II) hydroxide in the production of a positive electrode material for a nickel-cadmium battery. For 1 kg of batteries there are 20 kg of solution. From the discharged batteries, 60 kg of lithium-ion batteries are separated, which are crushed and mechanically separated into several fractions that differ in particle size, density and chemical composition. Fractions of plastics, iron particles, copper foil particles, aluminum particles are transferred to interested consumers. Among the fractions there is a powder enriched with graphite (9 kg) and a powder enriched with cathode material (15 kg). Graphite enriched powder is stripped of traces of copper and other metals and used as an additive to the positive electrode of a nickel-cadmium battery. Using this graphite, 50-100 kg of positive electrode active mass is prepared, depending on the required graphite content. The cathode powder is dissolved in an excess of sulfuric acid, filtered, a 30% hydrogen peroxide solution is added to the heated filtrate while controlling the acidity of the medium and the temperature, and air is bubbled through it. Most of the manganese (at least 95%) in the form of oxide passes into the precipitate. Cake (4 kg) after filtration is considered as a manganese concentrate and is offered to interested consumers. To the filtrate after separating the manganese-containing cake under the control of the residual content and temperature, an alkali and carbonate solution is added to precipitate a mixture of nickel(II), cobalt(II), aluminum and manganese hydroxides. By repeated filtration, a cake (10 kg) is separated, containing 30% nickel, 30% cobalt, 5% aluminum, and 1% manganese. This cake after drying is used as an additive to the active mass of the positive electrode of the nickel-cadmium battery to ensure the required ratio of cobalt and nickel. Depending on the required cobalt content, 300-500 kg of the active mass of the positive electrode are prepared using a cake. The filtrate contains 1 kg of lithium in a liquid solution, also containing sodium sulfate with impurities of hydroxide and carbonate, can be transferred to an interested consumer for the extraction of lithium.

Claims (7)

Способ переработки литий-ионных аккумуляторов с получением компонентов положительного электрода щелочных аккумуляторов, отличающийся тем, что содержит следующие этапы: A method for processing lithium-ion batteries to obtain components of a positive electrode of alkaline batteries, characterized in that it contains the following steps: осуществляют разряд отработанных литий-ионных аккумуляторов в растворе, который является отходом при получении гидроксида никеля (II) для положительного электрода щелочного аккумулятора;carry out the discharge of spent lithium-ion batteries in a solution, which is a waste in the production of nickel (II) hydroxide for the positive electrode of an alkaline battery; разряженные литий-ионные аккумуляторы измельчают и механически разделяют на несколько фракций, отличающихся размером частиц, плотностью и химическим составом;discharged lithium-ion batteries are crushed and mechanically separated into several fractions that differ in particle size, density and chemical composition; получают порошок графита и порошок оксидов, содержащий оксиды кобальта, лития, никеля, марганца, алюминия;graphite powder and oxide powder containing oxides of cobalt, lithium, nickel, manganese, aluminum are obtained; полученный порошок графита очищают от следов металлов и применяют в качестве добавки к положительному электроду щелочного аккумулятора;the resulting graphite powder is cleaned from traces of metals and used as an additive to the positive electrode of an alkaline battery; полученный порошок оксидов кобальта, лития, никеля, марганца, алюминия подвергают воздействию водного раствора серной кислоты, далее осаждению и отделению части марганца в виде оксида марганца (IV), осаждению и отделению смеси гидроксидов никеля (II), кобальта (II), алюминия и остатка марганца; the obtained powder of oxides of cobalt, lithium, nickel, manganese, aluminum is exposed to an aqueous solution of sulfuric acid, then precipitation and separation of a part of manganese in the form of manganese (IV) oxide, precipitation and separation of a mixture of hydroxides of nickel (II), cobalt (II), aluminum and manganese residue; смесь гидроксидов никеля (II), кобальта (II), алюминия и марганца применяют как никель- и кобальтсодержащий смешанный компонент положительного электрода щелочного аккумулятора.a mixture of nickel (II), cobalt (II), aluminum and manganese hydroxides is used as a nickel- and cobalt-containing mixed component of the positive electrode of an alkaline battery.
RU2022111239A 2022-04-25 Method for processing lithium-ion batteries with obtaining positive electrode components of alkaline batteries RU2789852C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2789852C1 true RU2789852C1 (en) 2023-02-14

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2834458C1 (en) * 2024-05-14 2025-02-11 Публичное акционерное Общество "Энергия" (ПАО "Энергия") Method of recovering cathode material of lithium-ion battery

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2310951C1 (en) * 2006-03-30 2007-11-20 Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока" Method for producing nickel hydroxide for alkali battery nickel-oxide plate
WO2011113860A1 (en) * 2010-03-16 2011-09-22 Akkuser Ltd Battery recycling method
RU2676806C1 (en) * 2017-10-10 2019-01-11 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОХИТ" Method for recycling of waste lithium current sources
CN111072023A (en) * 2019-12-27 2020-04-28 北京蒙京石墨新材料科技研究院有限公司 Method for recycling graphite from scrapped lithium ion battery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2310951C1 (en) * 2006-03-30 2007-11-20 Открытое акционерное общество "Завод автономных источников тока" Method for producing nickel hydroxide for alkali battery nickel-oxide plate
WO2011113860A1 (en) * 2010-03-16 2011-09-22 Akkuser Ltd Battery recycling method
RU2676806C1 (en) * 2017-10-10 2019-01-11 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХНОХИТ" Method for recycling of waste lithium current sources
CN111072023A (en) * 2019-12-27 2020-04-28 北京蒙京石墨新材料科技研究院有限公司 Method for recycling graphite from scrapped lithium ion battery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2834458C1 (en) * 2024-05-14 2025-02-11 Публичное акционерное Общество "Энергия" (ПАО "Энергия") Method of recovering cathode material of lithium-ion battery
RU2841807C1 (en) * 2024-08-20 2025-06-17 Светлана Юрьевна Виноградова Method of lithium and transition metals extraction from waste lithium-ion accumulators
RU2847215C1 (en) * 2024-11-29 2025-10-01 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") Method of dry discharge of lithium current sources

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11031641B2 (en) Method of recovering metals from spent Li-ion batteries
JP3452769B2 (en) Battery treatment method
JP4144820B2 (en) Method for regenerating positive electrode active material from lithium ion secondary battery
CN114174545A (en) Method for recovering lithium from spent lithium-ion batteries
CN1090827C (en) Process for recovery of metals from used nickel-metal hydride accumulators
FI3517641T4 (en) Method for the utilization of lithium batteries
CA3105510A1 (en) Process for the recycling of spent lithium ion cells
TW201809296A (en) Process for recovery of pure cobalt oxide from spent lithium ion batteries with high manganese content
WO2017118955A1 (en) Process for recovering metal values from spent lithium ion batteries with high manganese content
CN109437253B (en) A method for directly regenerating high-purity lithium carbonate from waste lithium-ion batteries
CN1287481C (en) Method for recovering valuable metals from waste secondary batteries
KR101368216B1 (en) Method for recovering valuable metals from Lithium Battery Waste
CN100401577C (en) Cobalt recovery method and cobalt recovery system in lithium ion battery
CN116706302A (en) Lithium battery recycling method
RU2789852C1 (en) Method for processing lithium-ion batteries with obtaining positive electrode components of alkaline batteries
US20250070296A1 (en) Lithium-ion battery recycling method
Blumbergs et al. Cadmium Recovery from Spent Ni-Cd Batteries: A Brief Review. Metals 2021, 11, 1714
CN110396599B (en) Lithium battery recycling method
JP6201905B2 (en) Method for recovering valuable metals from waste nickel metal hydride batteries
WO2023026287A9 (en) Hydrometallurgical process for recovery valuable metals from spent lithium-ion batteries
Jung et al. Current commercial hydrometallurgical recycling process
CN115799694A (en) Crushing, disassembling and recycling method for lithium battery
SE2051553A1 (en) Solution discharge of cells and modules for battery recycling
Chen et al. Recycling Batteries Materials
Wendy Hydrometallurgical Treatment of Spent Lithium-Ion Batteries: A study of optimal conditions for the leaching