再循环电池材料中锂的再引入制造技术

提供了制备用于能量储存设备的再循环的或翻新的电极材料的方法。一个实例方法包括从再循环或废弃流收集贫锂电极材料，并在所述贫锂电极材料中至少补充一些锂。第二个实例方法包括开启能量储存设备的电池的外壳，在电池的贫锂电极材料中至少补充一些锂，并密封所述电池的外壳。

【技术实现步骤摘要】
再循环电池材料中锂的再引入本申请是分案申请，原申请的申请日为2009年2月20日、申请号为200980114093.8(PCT/US2009/034779)、专利技术名称为“再循环电池材料中锂的再引入”。相关申请的交叉引用本申请要求于2008年2月22日提交的、名称为“ReintroductionofLithiumintoRecycledBatteryMaterials(再循环电池材料中锂的再引入)”的美国临时申请61/030,916的优先权，该申请以其整体通过引用并入本文，用于所有目的。关于联邦政府资助研究或开发的声明美国政府拥有本专利技术的付费许可以及在受限的情况下要求专利权人依据国家科学基金授予的创新研究奖#0750552提供的合理条款许可给其它人的权利。
本专利技术涉及锂基能量储存设备领域，更具体地，涉及再循环锂基能量储存设备领域。
技术介绍
锂基能量储存设备在消费产品领域有着广泛的应用。这样的设备包括超级电容器、特级电容器和更常见的锂电池和锂离子电池。这些设备经常单独地和作为整体被称为“锂电池(锂电池组)”。一些锂基能量储存设备是可再充电的并具有相对长的使用寿命。但是，它们最终失效或在失效前被废弃，因而造成明显的且日益增加的废弃流(wastestream)。基于这一情况，出台了环境规定、工业标准和收集服务以促进锂基能量储存设备的再循环。
技术实现思路
本文专利技术人认识到经济上加强再循环或翻新策略是保持和增强电极材料价值的策略。因此，在一个实施方式中，提供了一种制备用于能量储存设备的再循环电极材料的方法。所述方法包括从再循环或废弃流收集贫锂(lithium-deficient)电极材料，在这些贫锂电极材料中至少补充一些锂。在另一实施方式中，提供了在能量储存设备的电池中翻新(refurbish)电极材料的方法。所述方法包括开启(breeching)电池外壳，在电池的贫锂电极材料中至少补充一些锂，并密封所述电池外壳。可以理解，提供上述
技术实现思路
是为了简单介绍将要在具体实施方式中进一步描述的概念的选择，具体实施方式如下。并不意欲鉴别所要求保护的主题的关键或本质特征，其范围被具体实施方式后的权利要求所限定。此外，要求保护的主题并不受限于解决以上提出的任何缺点的实践或在本公开的任何部分中的实践。附图说明图1描述了制备用于依据本公开的能量储存设备的再循环电极材料的实例方法的方面。图2描述了依据本公开的从废弃流或再循环流中收集贫锂电极材料的实例方法。图3描述了依据本公开的在贫锂电极材料中至少补充一些锂的固态方法的实例实施方式。图4描述了依据本公开的在贫锂电极材料中至少补充一些锂的水热方法的实例实施方式。图5描述了依据本公开的在贫锂电极材料中至少补充一些锂的还原方法的实例实施方式图6描述了依据本公开的锂或锂离子电池翻新方法的实例实施方式。具体实施方式图1描述了制备用于能量储存设备的再循环电极材料的方法10的实例实施方式的方面。可以理解实例方法可以是更广泛的用于再循环电池组和/或处理包括电池组源废物的废弃流的方法的一部分。此外，所述实例方法可以是更广泛的用于制备能量储存设备的再循环电极或用于制备能量储存设备的方法的一部分。因此，在一些实施方式中，可以在首先所阐明的步骤前，采取一个或多个行动，并且在最后所阐明的步骤后可采取一个或多个行动。在12，从再循环流或废弃流收集贫锂电极材料。从中收集贫锂电极材料的再循环流或废弃流可以是专用电池组再循环流或废弃流，或更具体地，是锂电池组再循环流或废弃流。此外，可以以任何合适的方式从废弃流或再循环流收集贫锂电极材料。但是，一个实例收集方法示于图2中。现在参考图2，收集方法14始于16，在此分离用过的电池组的电池(如果电池组包括多于一个电池)。分离用过的电池组的电池可以包括例如去除或打开电池组的外壳。然后收集方法进行到18，在此电池组的一个或多个电池的外壳被开启。开启外壳可以包括例如在外壳上打孔或切割外壳。这些行动可能最适合应用于那些并不是特别设计用于促进再循环的电池。对于设计用于促进再循环的电池，开启外壳可以包括刺穿或以其他方式打开专用开启路径。在这些和其它实施方式中，可以在控制的环境中——例如在降低湿度或降低分子氧(双氧)含量的环境中——开启电池的外壳。在一个非限制性实施方式中，可以在分子氮(双氮)气氛下开启电池的外壳。在这样控制的环境下开启外壳可以减小与电池的含锂负极暴露于水蒸汽和/或分子氧相关的火灾危险，如下所述。然后收集方法进行到20，其中电池组的一个或多个电池内的反应性材料被钝化。此处所用术语“钝化”指减小物质的化学反应性以使其更加安全地储存和/或处理。锂电池组环境中考虑的化学反应性的形式是锂和锂离子电池的负极的可燃性。这样的负极可以包含锂金属或嵌锂石墨(lithium-intercalatedgraphite)，它们与水剧烈反应，并且可以在空气中自燃。通过控制的化学氧化和/或与路易斯碱如碳酸烷基酯或醚或如路易斯酸如PF5相互作用，这些材料可以被钝化。需要注意，除了锂和锂离子电池材料之外，这种方式的钝化也可被用于其它电池材料。在一个实施方式中，钝化反应性材料可以包括以控制的方式将一个或多个开启的电池暴露于空气和/或水。在另一实施方式中，钝化反应性材料可以包括将一个或多个开启的电池浸入溶剂如液态二氧化碳或超临界二氧化碳，并且控制量的氧化剂如空气或水被加入到二氧化碳中。在这些和其它实施方式中，其中开启的电池被钝化的控制环境可以被配置以适应在一个或多个开启的电池的含锂负极被钝化时可能释放的二氢(分子氢)或其它气相产物的释放。然后收集方法进行到22，在此贫锂电极材料从电池组的一个或多个开启的电池中分离出来。在一个实施方式中，从一个或多个开启电池中分离出的贫锂电极材料可以包括贫锂形式的氧化钴锂(LiCoO2)，即Li1-xCoO2，其中0＜x＜1。因此，贫锂电极材料可以是在电池组的锂或锂离子电池中所用的正极材料。因此，贫锂电极材料可以进一步包括各种其它材料，包括石墨和/或无定形碳。在这些和其它实施方式中，贫锂电极材料可以包含锂和锂离子电池中所用的贫锂形式的其他正极材料：例如LiTiO2、LiFePO4、LiMnO2、LiNi0.80Co0.05Al0.15O2。在一个实施方式中，完整的正极可以从开启的电池分离出来。在其它实施方式中，可以以片或以细分状态如颗粒的形式移出正极材料。此外，在其中片或颗粒从开启的电池分离的实施方式中，贫锂电极材料可以基于贫锂电极材料的粒积、颗粒尺寸或结构尺寸而从材料流选择。为此，筛分可以被运用于由固体组成的材料流。类似地，过滤或离心可以被运用于由具有悬浮的或夹带的片或颗粒的液体组成的材料流。在一些实施方式中，从一个或多个开启的电池分离贫锂电极材料可以进一步包括用溶剂如水或二氧化碳清洗贫锂电极材料，并使贫锂电极材料干燥。可以采取该行动以从附着的液体电解质释放贫锂电极材料。在其它实施方式中，在从一个或多个开启的电池分离贫锂电极材料之前可以进行清洗和/或干燥步骤。应该理解，在收集方法14内的一个或多个过程步骤可以被全部或部分地自动化。此外，收集方法可以被重复用于废弃或再循环流中任何期望数目的用过的电池。现在回到图1，在24，在贫锂电极材料中至少补充一些锂。可以以任本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备用于能量储存设备的再循环电极材料的方法，所述方法包括：分离用过的电池组的电池；开启电池外壳；钝化所述电池内的反应性材料；收集贫锂电极材料；将所述贫锂电极材料置于含有包括锂离子的水溶液的压力容器中；和处理所述压力容器中的所述贫锂电极材料，以通过使锂扩散入所述贫锂电极材料的一个或多个晶格中，在所述贫锂电极材料中至少补充一些锂，其中处理所述贫锂电极材料包括将所述贫锂电极材料悬浮在所述包括锂离子的水溶液中并且在100‑300℃的温度下在所述压力容器中将所述贫锂电极材料与所述包括锂离子的水溶液进行水热反应，以形成水热反应的电极材料；在形成所述水热反应的电极材料之后，从所述包括锂离子的水溶液移出所述水热反应的电极材料，并且然后烧结所述水热反应的电极材料以形成所述再循环电极材料。

【技术特征摘要】
2008.02.22 US 61/030,9161.制备用于能量储存设备的再循环电极材料的方法，所述方法包括：分离用过的电池组的电池；开启电池外壳；钝化所述电池内的反应性材料；收集贫锂电极材料；将所述贫锂电极材料置于含有包括锂离子的水溶液的压力容器中；和处理所述压力容器中的所述贫锂电极材料，以通过使锂扩散入所述贫锂电极材料的一个或多个晶格中，在所述贫锂电极材料中至少补充一些锂，其中处理所述贫锂电极材料包括将所述贫锂电极材料悬浮在所述包括锂离子的水溶液中并且在100-300℃的温度下在所述压力容器中将所述贫锂电极材料与所述包括锂离子的水溶液进行水热反应，以形成水热反应的电极材料；在形成所述水热反应的电极材料之后，从所述包括锂离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·E·斯鲁普，
申请(专利权)人：S·E·斯鲁普，
类型：发明
国别省市：美国,US