一种三元低共熔溶剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于锂离子电池材料回收，具体涉及一种三元低共熔溶剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着便携式电子设备和新能源汽车产业的蓬勃发展，废旧锂离子电池数量逐年急剧增加。从废旧锂离子电池中回收有价金属(镍、钴、锰、锂等)可有效缓解废旧锂离子电池带来的资源浪费和环境污染等问题。

2、目前，废旧锂离子电池正极材料的回收方法主要有火法、湿法和生物法。其中，湿法回收工艺是采用浸出剂将锂离子电池正极材料中的有价金属离子浸出，再经过元素分离和材料再生，实现废旧锂离子电池正极材料的回收。湿法回收工艺中采用的浸出剂有无机酸、有机酸和低共熔溶剂(des)。其中，无机酸(如h2so4、hci、hno3等)对li、ni、co和mn的浸出率几乎达100％，但试剂成本较高，对设备的耐腐蚀性要求高，且会产生氯气、二氧化硫、二氧化氮等有害气体，存在二次污染。有机酸(如柠檬酸、酒石酸等)对金属离子的浸出率也较高(91％-98％)，不产生有害气体，但需要配合使用h2o2等还原剂，成本较高。低共熔溶剂，如氯化胆碱/草酸、氯化胆碱/乙二醇、氯化胆碱/苯磺酸等，是一种新型的绿色浸出剂，原料价格低廉、环保，对有价金属离子的浸出率可达85％-98％，但低共熔溶剂通常浸出效率较低，需要在高温(如150℃-220℃)和长时间(如12h-36h)的条件下进行浸出，能耗较高。

3、因此，需要开发一种浸出效率更高的des浸出剂，以促进废旧锂离子电池的循环再生。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种三元低共熔溶剂及其制备方法和应用。该三元低共熔溶剂对于锂离子电池正极材料中的有价金属具有较高的浸出效率，可作为回收锂离子电池正极材料中有价金属的浸出剂使用，有助于降低浸出温度和时间，减少能耗。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种三元低共熔溶剂，包括氯化胆碱(chcl)、l-抗坏血酸(laa)和乙二醇(eg)。

4、本发明中，chcl为氢键受体，laa为氢键供体，两者之间主要靠氢键作用结合，加入eg后，chcl/laa/eg三元des中的氢键缔合程度较大，增强了des的还原能力，提高了des对锂离子电池正极材料中的有价金属的浸出效率，有助于降低浸出温度和时间，减少能耗。

5、在本发明一些实施方式中，所述l-抗坏血酸与氯化胆碱的摩尔比≥1:1，优选为1:1。

6、本发明中，l-抗坏血酸与氯化胆碱的摩尔比越高，得到的三元低共熔溶剂的浸出效率就越高。但l-抗坏血酸的成本较高，且其含量越高，产生的污染就越大，因此本发明中l-抗坏血酸与氯化胆碱的摩尔比优选为1:1。

7、在本发明一些实施方式中，所述乙二醇与氯化胆碱的摩尔比为1-4:1，例如可以是1:1、1.2:1、1.5:1、1.8:1、2:1、2.2:1、2.5:1、2.8:1、3:1、3.2:1、3.5:1、3.8:1或4:1等；优选为2-3:1。

8、本发明中，随着乙二醇含量的增多，三元低共熔溶剂的浸出效率先增大后减小，当乙二醇与氯化胆碱的摩尔比为1-4:1时，可以保证三元低共熔溶剂具有合适的浸出效率。

9、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的三元低共熔溶剂的制备方法，所述制备方法包括：将氯化胆碱、l-抗坏血酸和乙二醇加热搅拌混合，形成均一透明的液体，得到所述三元低共熔溶剂。

10、在本发明一些实施方式中，所述加热的温度在90℃以下，优选为50-90℃；例如可以是50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃等。

11、在本发明一些实施方式中，所述加热混合的时间为30-120min；例如可以是30min、40min、50min、60min、80min、90min、100min、110min或120min等。

12、第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的三元低共熔溶剂作为锂离子电池正极材料中有价金属的浸出剂的应用。

13、第四方面，本发明提供一种从锂离子电池正极材料中回收有价金属的方法，包括如下步骤：

14、将锂离子电池正极材料与第一方面所述的三元低共熔溶剂混合，进行浸出反应，得到含有有价金属离子的溶液。

15、本领域中，在浸出之前还需要对锂离子电池进行预处理以获得正极材料；在浸出之后一般还需要对金属元素进行分离，并再生正极材料。本发明对这些工序的方法不作特殊限制，采用本领域中的常规方法即可。

16、在本发明一些实施方式中，所述锂离子电池正极材料与三元低共熔溶剂的质量体积比为20-50g/l，优选为30g/l。

17、在本发明一些实施方式中，所述浸出反应的温度为80-120℃；例如可以是80℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃等。

18、在本发明一些实施方式中，所述浸出反应的时间为15-120min；例如可以是15min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min等。

19、在本发明一些实施方式中，所述浸出反应是在搅拌的条件下进行。

20、在本发明一些实施方式中，所述搅拌的速率为300-1000rpm；例如可以是300rpm、400rpm、500rpm、600rpm、700rpm、800rpm、900rpm或1000rpm等。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、本发明通过利用氯化胆碱、l-抗坏血酸和乙二醇三者相互配合，得到的三元低共熔溶剂对于锂离子电池正极材料中的有价金属具有较高的浸出效率，有助于降低浸出温度和时间，减少能耗，利于锂离子电池正极材料中有价金属的回收。

技术特征：

1.一种三元低共熔溶剂，其特征在于，包括氯化胆碱、l-抗坏血酸和乙二醇。

2.根据权利要求1所述的三元低共熔溶剂，其特征在于，所述l-抗坏血酸与氯化胆碱的摩尔比≥1:1，优选为1:1。

3.根据权利要求1或2所述的三元低共熔溶剂，其特征在于，所述乙二醇与氯化胆碱的摩尔比为1-4:1，优选为2-3:1。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的三元低共熔溶剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将氯化胆碱、l-抗坏血酸和乙二醇加热搅拌混合，形成均一透明的液体，得到所述三元低共熔溶剂。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度在90℃以下，优选为50-90℃；

6.一种如权利要求1-3任一项所述的三元低共熔溶剂作为锂离子电池正极材料中有价金属的浸出剂的应用。

7.一种从锂离子电池正极材料中回收有价金属的方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述锂离子电池正极材料与三元低共熔溶剂的质量体积比为20-50g/l，优选为30g/l。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述浸出反应的温度为80-120℃；

10.根据权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，所述浸出反应是在搅拌的条件下进行；

技术总结本发明提供了一种三元低共熔溶剂及其制备方法和应用。所述三元低共熔溶剂包括氯化胆碱、L‑抗坏血酸和乙二醇。所述制备方法包括：将氯化胆碱、L‑抗坏血酸和乙二醇加热混合，形成均一透明的液体，得到所述三元低共熔溶剂。本发明提供的三元低共熔溶剂对于锂离子电池正极材料中的有价金属具有较高的浸出效率，可作为回收锂离子电池正极材料中有价金属的浸出剂使用，有助于降低浸出温度和时间，减少能耗。技术研发人员：巩珊珊受保护的技术使用者：北京车和家汽车科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11