本公開總體上涉及廢鋰離子電池的回收領域，并且具體涉及用于從廢鋰離子電池中提取黑色物質的系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、過去十年，汽車和電動工具等電動設備的采用迅速成長。絕大多數(shù)電動設備使用鋰基電池。考慮到鋰基電池的工作壽命，廢鋰基電池數(shù)量預計在未來幾年將呈指數(shù)級增長。此外，用作鋰基電池原料的金屬和其他自然資源的數(shù)量是有限的。因此，回收廢鋰基電池以回收貴金屬可以成為原料的重要來源。此外，由于鋰電池中使用的材料如果留在垃圾掩埋場可能會造成水和其他資源的污染，因此廢鋰基電池的回收對環(huán)境也很重要。因此，有必要開發(fā)經濟可行的廢電池回收方法，以維持原料(以及電池)的成本可負擔，并防止廢鋰基電池材料造成的污染。

2、鋰基電池的電極主要由銅、鐵和鋁等金屬組成，取決于所使用的特定電池化學物質。鋰基電池還包括通常所知的黑色物質(黑質，black?mass)，其通常包括石墨和數(shù)種貴金屬的鹽，如鐵、鈷、錳、鎳、銅和鋁(取決于特定的電池化學物質)。黑色物質還包括鋰鹽，其形成小于廢電池重量的約1％，并且通常小于電池的活性質量的重量的約2％。一些新型電池化學物質的黑色物質也可能包含微量的其他金屬，如稀土。

3、熱化學工藝是回收廢鋰電池最廣泛使用的技術。這種熱化學工藝利用需要高溫的熔煉，例如在約500℃至約1000℃的范圍內。因此，與回收工藝相關的能源成本很高，導致金屬回收成本顯著高于回收金屬的市場價值。此外，熔煉期間產生的氣體通常是有害的并且還會增加環(huán)境污染。此外，與例如濕式冶金工藝相比，通過熱化學工藝回收的每種金屬的量通常較低。因此，從長遠來看，這些技術是非永續(xù)的。

4、一些濕式冶金工藝可以提供更高的產率和潛在更高純度的回收金屬。然而，這些工藝通常需要在相對較高的溫度下長時間加熱瀝取溶劑，例如在約80℃至約150℃的范圍內。因此，此類工藝的能量需求仍然很高。此外，高溫瀝取溶劑化物的處理會造成某些危險，這進一步增加了此類工藝的成本。

5、因此，目前回收廢電池的技術相對于重新獲得這些材料的技術來說并不具有成本效率。因此，需要具有成本效率、低能耗、可持續(xù)和低碳足跡的技術來從廢電池中回收材料。

技術實現(xiàn)思路

1、本文公開的實施方案源自于這種認知：從廢鋰離子電池中有效回收金屬不需要高溫和/或高溫化學技術。本申請公開了使用瀝取溶劑從廢鋰離子電池中提取黑色物質的系統(tǒng)及方法。因為在目前所公開的實施方案中使用的瀝取溶劑是水溶液，所以可以利用微波輻射來減少將瀝取溶劑加熱至適當溫度并維持瀝取溶劑的溫度以從任何鹽與其混合的金屬分離黑色物質所需的時間和能量。所述實施方案還利用包含氧化劑的瀝取溶劑來進一步提高從黑色物質中分離金屬和鹽的效率。

2、選擇目前公開的實施方案的瀝取溶劑使得其能夠溶解鋰離子電池中所使用的各種金屬。因此，廢鋰離子電池的碎片在適當?shù)臏囟认屡c瀝取溶劑接觸，電池中的各種金屬溶解到瀝取溶劑中，留下黑色物質。本文所公開的實施方案還利用這種認知：一旦各種金屬溶解在瀝取溶劑中，黑色物質就可以通過過濾與瀝取溶劑分離。因此，有利地，本文所公開的實施方案能夠提取存在于鋰離子電池中的黑色物質而無需使用高溫化學工藝，從而顯著減少從鋰離子電池回收金屬的時間、成本和碳足跡。

3、此外，從黑色物質中分離出的瀝取液包括各種貴金屬的鹽，并且可以進一步處理以獲得高純度的貴金屬。

4、因此，在至少一個實施方案中，從廢鋰離子(li-ion)電池提取黑色物質的方法包括使瀝取溶劑與廢鋰離子電池的一部分接觸以獲得第一分散液。通過施加微波輻射將第一分散液加熱至50℃至90℃范圍內的溫度。通過進一步向加熱的電極分散液施加微波輻射，將第一分散液的溫度維持在50℃至90℃的范圍內10秒至5分鐘的時間。接著過濾第一分散液以將未溶解的材料與第一濾液分離。將未溶解的沉淀物脫水，以獲得黑色物質。

5、根據(jù)至少一個實施方案，一種用于回收廢鋰離子電池的系統(tǒng)可以包括破碎機、清潔室、一個或多個儲存槽、兩個或更多個反應室以及控制器。破碎機被配置成將廢鋰離子電池的電池單元破碎成碎片。清潔室被配置成例如使用水和/或其他中性溶劑來清潔碎片。一個或多個儲存槽被配置成儲存化學物質并且可以包括至少一個儲存第一堿的第一儲存槽。兩個或更多個反應室經由一個或多個泵和閥耦接至一個或多個儲存槽。兩個或更多個反應室中的至少第一個反應室耦接至配置成向第一反應室中的反應物提供微波生成的微波生成器(例如，包含磁控管)，并且兩個或更多個反應室中的至少第二個反應室耦接至第一儲存槽。控制器被配置成控制一個或多個泵和/或一個或多個閥，以調節(jié)從一個或多個儲存槽轉移至兩個或更多個反應室中的對應反應室的化學物質的轉移速率和量?？刂破鬟€被配置成控制微波生成器，以調節(jié)提供給第一反應室的微波輻射量，從而將第一反應室中的反應物加熱至預定范圍內的溫度，并將反應物的溫度維持在預定范圍內持續(xù)一段預定時間。將第一反應室的沉淀物和未溶解的材料與溶劑分離以獲得黑色物質。

6、本主題技術的額外特征和優(yōu)點將在下面的描述中闡述，并且部分地從描述中將變得顯而易見，或者可以通過本主題技術的實踐而獲悉。本主題技術的優(yōu)點將通過在書面描述及其實施方案以及附圖中特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

7、應理解，前面的一般描述和下面的詳細描述都是示例性和說明性的，并且旨在提供對本主題技術的進一步說明。

技術特征：

1.一種從廢鋰離子(li-ion)電池中提取黑色物質的方法，所述方法包含：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述黑色物質包括石墨。

3.根據(jù)權利要求1至2中任一項所述的方法，其中所述瀝取溶劑包含硫酸。

4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中所述瀝取溶劑還包含氧化劑。

5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中所述氧化劑是過氧化氫。

6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的方法，其中所述瀝取溶劑的ph在0至7.0的范圍內。

7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的方法，其中加熱所述第一分散液還包含在施加所述微波輻射的同時攪拌所述第一分散液。

8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的方法，其中維持所述第一分散液的所述溫度包含使用控制器來控制所述微波輻射的施加。

9.根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的方法，其中加熱所述第一分散液包含將所述第一分散液加熱至60℃至80℃范圍內的溫度。

10.根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的方法，其中維持所述溫度包含將所述第一分散液的所述溫度維持在60℃至80℃的范圍內持續(xù)30秒至5分鐘范圍內的一段時間。

11.根據(jù)權利要求1至11中任一項所述的方法，其中所述廢鋰離子電池的所述部分包含金屬片以及包含石墨和金屬氧化物的黑色物質。

12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中過濾所述第一分散液包含通過篩來過濾所述第一分散液。

13.根據(jù)權利要求1至12中任一項所述的方法，其中加熱所述第一分散液還包含在施加所述微波輻射的同時連續(xù)攪拌所述第一分散液。

14.根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的方法，其中維持所述第一分散液的所述溫度還包含在施加所述微波輻射的同時連續(xù)攪拌所述第一分散液。

15.根據(jù)權利要求1至14中任一項所述的方法，其中分離所述未溶解材料包含使包含所述未溶解材料的分散液依序通過一個或多個不同尺寸的篩。

16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述一個或多個篩的篩網尺寸在約5毫米至約0.01毫米的范圍內。

17.根據(jù)權利要求16所述的方法，還包含在使所述分散液通過具有最小篩網尺寸的篩之后干燥剩余的未溶解材料以獲得石墨粉末。

18.一種用于回收廢鋰離子電池的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含：

19.根據(jù)權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個反應室中的至少一個反應室包括配置成攪拌其中的所述反應物的攪拌器。

20.根據(jù)權利要求18至19中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述破碎機包含配置成維持在真空下和/或具有惰性大氣的腔室。

21.根據(jù)權利要求18至20中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述瀝取溶劑包含硫酸和氧化劑。

22.根據(jù)權利要求18至21中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述預定溫度范圍為50℃至90℃。

23.根據(jù)權利要求18至22中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述一段預定時間在10秒至5分鐘的范圍內。

24.根據(jù)權利要求18至23中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述瀝取溶劑具有在0至7.0范圍內的ph。

25.根據(jù)權利要求18至24中任一項所述的系統(tǒng)，其中維持所述溫度包含將所述反應物的所述溫度維持在60℃至80℃范圍內持續(xù)30秒至5分鐘范圍內的一段時間。

26.根據(jù)權利要求18至25中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述分離器包含一個或多個不同尺寸的篩，所述未溶解材料的分散液依序通過所述篩。

27.根據(jù)權利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個篩的篩網尺寸在約5毫米至約0.01毫米的范圍內。

28.根據(jù)權利要求18至27中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述微波生成器包含磁控管。

技術總結
用于從廢鋰離子(Li?ion)電池獲得金屬鹽的方法可包括使瀝取溶劑與廢鋰離子電池的一部分接觸以形成第一分散液。通過施加微波輻射將第一分散液加熱至50℃至90℃范圍內的溫度。通過進一步向加熱的第一分散液施加微波輻射，將第一分散液的溫度維持在50℃至90℃的范圍內10秒至5分鐘的時間。過濾第一分散液以獲得第一濾液。接著過濾第一分散液以將未溶解的材料與第一濾液分離。將未溶解的沉淀物脫水，以獲得黑色物質。

技術研發(fā)人員：維皮恩·提雅戈,阿莫爾·奈克,尼什哈伊·查達
受保護的技術使用者：美商AGR鋰公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/4/24