一种锂离子电池正极材料的回收方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池正极材料的回收方法，包括以下步骤：将循环后的锂离子电池的富锂正极材料进行热处理，得到再生的正极材料。本发明专利技术对循环使用后的废旧锂离子电池的富锂正极材料进行热处理，使得循环后的富锂材料恢复初始“超晶格”结构，能够重新作为正极材料使用，且恢复了初始电化学性能，从而使废弃电池材料得到回收利用，大大减少了环境污染，有助于缓解环境和生态压力，同时还使废弃物得到资源合理化利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池正极材料的回收方法。
技术介绍
锂离子电池自1991年商业化20多年以来，虽然得到了极大程度上的发展，但常用正极材料的实际可用容量始终未能突破200mAh/g，而负极材料的容量早已超过300mAh/g，因此，正极材料比容量低已成为影响锂离子电池能量密度的瓶颈所在。近年来出现的富锂正极材料具有超高的放电比容量(＞250mAh/g)，相应的理论能量密度可达900Wh/Kg，而且，由于该类材料中大量使用锰元素，使之相较于LiCoO3和三元材料Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2，具有价格低廉、环境友好、热稳定性好和安全可靠的特点，富锂材料由于具有上述特点而引起了业内外的广泛关注，美国能源部认为该材料将成为下一代插入式混合动力汽车用锂离子动力电池的首选。除上述优势外，富锂材料还存在一个显著的特点，由于构成组分中Li2MnO3的活化，使得锂离子电池在首次充电过程中能够在4.5V附近出现电化学平台，这是采用一般的正极材料所不能达到的，然而，这一过程之后，富锂材料的初始“超晶格”结构遭到破坏，开始发生“层状-尖晶石”的缓慢相变过程，引起放电电压逐渐下降。这一电压衰减现象是正极材料中富锂材料所特有的一种现象，采用富锂正极材料的锂离子电池，伴随着放电循环的进行，放电电压曲线整体逐渐下降，长循环过程中，工作电压下降严重，造成电池的能量密度不断劣化。针对上述问题，现有技术通常会在制备富锂材料的过程中进行前处理，例如通过掺杂或包覆等不同的手段来处理，从而制得结构优化的富锂材料，以期稳定富锂材料的结构，之后再将该富锂材料组装成电池投入使用，进而降低电压衰减和能量损失，提升电化学性能；如公开号为CN105375021的中国专利公开了一种富锂锰基衍生材料，便是在制备富锂材料的过程中引入改性剂，改变富锂材料的结构，制得了一种结构较为稳定的富锂材料，在一定程度上抑制了电池循环过程中的电压衰减。然而，尽管现有技术已能够在很大程度上抑制富锂材料结构的劣化，显著改善电压衰减和提升电化学性能，但是，在较长的深度循环之后，富锂材料的结构劣化会逐渐显著，造成电压衰减，电化学性能下降。因此，无论是普通富锂材料还是前处理改性后的富锂材料，在长循环以后，都不可避免会由于电压下降、能量密度劣化等问题，使电池逐渐失去实际使用价值，而成为废弃电池。由于锂离子电池的广泛应用，其废弃量也在逐年增加，废弃电池对环境和生态造成的污染问题也日益突出，如果不能有效处理，会给环境和生态带来巨大的压力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池正极材料的回收方法，采用本申请的方法对循环后的废旧锂离子电池中的富锂正极材料进行改性处理，能够恢复废旧锂离子电池正极材料的初始结构和电化学性能，使废旧锂离子电池正极材料得以回收再利用，不仅大大减少环境污染，还使废弃物重新成为资源，得到合理化利用。本申请提供了一种锂离子电池正极材料的回收方法，包括以下步骤：将循环后的锂离子电池的富锂正极材料进行热处理，得到再生的正极材料。优选的，所述循环后的锂离子电池是由原始锂离子电池经循环使用后得到；所述原始锂离子电池的正极材料为富锂材料或具有超晶格结构的富锂材料衍生物；所述富锂材料的结构式为xLi2MO3·(1-x)LiM′O2，其中，M和M′独立地选自过渡金属元素中的一种或几种。优选的，所述富锂材料中，M为Mn、Ti、Ru和Ir中的一种；M′为Mn、Co、Ni、Cr、Fe、Ru和Ir中的一种或多种。优选的，所述热处理的温度高于100℃。优选的，所述热处理的温度为100～450℃。优选的，所述热处理的时间为10～600min。优选的，所述循环后的锂离子电池的富锂正极材料通过以下方法制备：将循环后的锂离子电池的富锂正极材料极片通过清洗、烘干和剥离，得到所述富锂正极材料。优选的，所述清洗采用的溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和乙醇中的一种或几种。优选的，具体包括以下步骤：将循环后的锂离子电池的富锂正极材料粉碎，得到正极材料粉末；将所述正极材料粉末进行热处理，得到再生的正极材料。与现有技术相比，本申请提供的是一种对循环使用后的锂离子电池正极材料的回收方法，对循环使用后的锂离子电池的正极富锂材料xLi2MO3·(1-x)LiM′O2或其衍生物进行改性热处理，使循环后的富锂材料或其衍生物中处于中间态四面体位置的锂离子突破势垒，返回初始位置点，使得富锂材料独有的LiM6“超晶格”初始结构得以恢复，由其组装的电池再次表现出富锂材料优异的电化学性能，从而实现循环后的富锂材料及其衍生物的回收和再生利用，大大减少了环境污染，有助于缓解环境和生态压力，同时还使废弃物得到资源合理化利用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为富锂材料在回收处理前、后的结构演变示意图；图2为本申请实施例1中原始锂离子电池的容量电压曲线；图3为本申请实施例1中循环前和循环后的富锂材料的x射线衍射图谱；图4为本申请实施例1中再生的富锂材料的x射线衍射图谱；图5为本申请实施例1中原始锂离子电池和以再生的富锂材料组装的锂离子电池的容量电压曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。锂离子电池在循环使用后，电压衰减、电化学性能下降，逐渐失去使用价值而遭到废弃。本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料的回收方法，包括以下步骤：将循环后的锂离子电池的富锂正极材料进行热处理，得到再生的正极材料。富锂材料在电池中一旦使用，即会产生一定程度的结构转变，以发挥材料本身的高容量特性，之后电化学性能逐渐衰减。本专利技术对循环使用后的锂离子电池的富锂正极材料进行热处理，使得循环后的富锂材料或其衍生物恢复初始“超晶格”结构，能够重新作为正极材料使用，且恢复了初始电化学性能。从而使废弃电池材料得到回收再利用，大大减少了环境污染，有助于缓解环境和生态压力，同时还使废弃物得到资源合理化利用。本专利技术中，所述循环后的锂离子电池是由原始锂离子电池经循环使用后得到；所述原始锂离子电池的正极材料为富锂材料或具有超晶格结构的富锂材料衍生物；所述富锂材料的结构式优选为xLi2MO3·(1-x)LiM′O2，其中，M和M′独立地选自过渡金属元素中的一种或几种；M优选为Mn、Ti、Ru和Ir中的一种；M′优选为Mn、Co、Ni、Cr、Fe、Ru和Ir中的一种或多种。本专利技术所述富锂材料衍生物的种类没有特殊限制，可以包括各种原子掺杂改性后的富锂材料、表面修饰后的富锂材料、或其它改性方法处理后具有多相结构(除层状相外，引入了如尖晶石相或熔融盐相等晶相)的富锂材料等；在本专利技术的某些实施例中，所述富锂材料可以为富锂锰基材料。原始锂离子电池循环使用后，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：将循环后的锂离子电池的富锂正极材料进行热处理，得到再生的正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料的回收方法，其特征在于，包括以下步骤：将循环后的锂离子电池的富锂正极材料进行热处理，得到再生的正极材料。2.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述循环后的锂离子电池是由原始锂离子电池经循环使用后得到；所述原始锂离子电池的正极材料为富锂材料或具有超晶格结构的富锂材料衍生物；所述富锂材料的结构式为xLi2MO3·(1-x)LiM′O2，其中，M和M′独立地选自过渡金属元素中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的回收方法，其特征在于，所述富锂材料中，M为Mn、Ti、Ru和Ir中的一种；M′为Mn、Co、Ni、Cr、Fe、Ru和Ir中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述热处理的温度高于100℃。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭皓诚，邱报，夏永高，刘兆平，贾凯，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33