【NCM回收】CSCEE：使用 H3PO4–H2C2O4 溶液组合作为高效浸出剂，从废旧镍锰钴 (NMC) 阴极电池中回收镍金属

【NCM回收】CSCEE：使用 H3PO4–H2C2O4 溶液组合作为高效浸出剂，从废旧镍锰钴 (NMC) 阴极电池中回收镍金属

【论文链接】

【作者单位】

加札马达大学；汉斯威大学

抽象的

镍锰钴 (NMC) 是锂离子电池 (LIB) 中广泛使用的阴极材料。它在高能量密度和热稳定性方面表现良好，但经过几次充电放电循环后其容量会显著下降。强无机酸浸出方法被广泛用于防止有价值的金属释放到环境中。然而，鉴于对特定金属的选择性低和环境排放，这些方法必须有效实施。一种使用 H3PO4-有机酸组合作为浸出剂提取镍金属的选择性浸出处理方法。

研究从准备开始，包括卸料、拆除、煅烧步骤、浸出和沉淀。Ni、Mn和Co的浸出率分别可达99.90%、3.29%和43.65%。浸出实验表明，该组合体系具有选择性回收镍金属的最佳条件：H3PO4体积比8∶2、液固比25 mL/g、60℃浸出1.5 h。研究了反应热力学和动力学，以确定浸出三种金属的可行性。在阴极粉中添加Ni(PO)以促进Ni3(PO4)2的沉淀，产率可达40%。

这项研究提出了一种潜在的“变废物为财富”方法，以实现废旧 NMC 阴极 LIB 的高效、环保回收。

【实验方法】

NMC正极电池废料的制备：

首先，将LIBs废料根据正极如钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）和镍锰钴（NMC）进行分离。随后，使用Rigol DL 3021在1-4 A电流和约2 V电压下对NMC电池进行放电。拆开NMC电池的空电池并分离电池的组件，例如阳极、阴极和粘合剂。用玻璃刮刀疏通NMC阴极。将NMC阴极粉末在300°C的马弗炉中煅烧2小时。随后，将干燥的NMC阴极粉末通过400目筛进行筛分。取约1 g煅烧前（BC）和煅烧后（AC）的NMC阴极粉末，并通过傅里叶变换红外、X射线衍射仪和扫描电子显微镜进行分析。-电子色散光谱用于表征。

NMC正极电池浸出工艺流程：

将NMC正极粉末与0.65 M H3PO4和0.33 M 在不同温度下混合。采用1:25（g/mL）的固液比（S/L）来确定正极粉末和混合溶液的量。三个主要参数：H3PO4的体积比：，温度和反应时间。基于这些参数，本研究进行了24个测试。此外，对分离体系（H3PO4或）进行了两项试验，并使用不同的酸体系（H2SO4和HNO3）进行了两项试验，以与最佳条件进行比较。然后，使用真空泵过滤浸出液。然后用XRD，FTIR和SEM-EDS表征NMC正极粉末残渣（L）。通过X射线荧光测定AC。和L样品中的金属成分。同时，用原子吸收光谱法表征浸出溶液以确定浸出效率过程。实验装置图如图 1 所示，变量之间的相关性如图 S1 所示。

【图片摘录】

【主要结论】

本研究提出了一种短流程选择性回收工艺，利用组合酸体系从废 NMC 中有效浸出镍。最佳条件为 H3PO4: 8:2 (v/v) 体积比、温度为 60°C，反应温度为 100°C。1.5 小时后，镍、锰和钴的浸出率分别为 99.90%、3.29% 和 43.65%。

在特定的最优条件下，不同体系、不同酸类型的对比结果表明，H3PO4和联合浸出对废NMC正极中Ni的吸收具有更高的选择性和效率。浸出机理分析表明，H3PO4的使用会使Ni、Mn和Co从晶体中释放出来，而与溶液中的Ni(II)、Mn(II)和Co(II)的螯合进一步破坏了NMC结构。基于动力学研究，该浸出过程的速控步骤由化学反应层控制，表明H3PO4和联合处理为主要步骤。从动力学和热力学计算来看，与Mn和Co金属相比，Ni金属的AE和ΔG值最低，表明Ni金属更容易被272促进沉淀而从浸出液中提取出来。采用此方法，Ni3(PO4)2的产率高达40%。

因此，该项研究有望成为镍金属回收领域的突破性创新，具有很高的价值，可广泛应用于生产各种反应的催化剂等。