一种废旧磷酸铁锂正极材料的再生方法技术

一种废旧磷酸铁锂正极材料的再生方法，首先将废旧的磷酸铁锂电池放电、拆解后得到磷酸铁锂正极片，然后采用激光对正极片进行预处理得到失效的磷酸铁锂正极材料，再在失效磷酸铁锂正极材料中补充锂源、碳源并进行球磨混合，最后进行煅烧得到再生的磷酸铁锂正极材料。失效磷酸铁锂正极片在激光辐射的作用下，其中的粘合剂裂解碳化，可实现集流体与正极材料层的有效分离。失效磷酸铁锂正极材料经补锂后重新恢复富锂状态，实现再生和循环利用。

A regenerative method for waste lithium phosphate cathode material

Regeneration method of waste lithium iron phosphate cathode material, the lithium iron phosphate battery discharge, waste dismantling after lithium iron phosphate cathode sheet, and then the laser on the positive plate pretreatment by lithium iron phosphate cathode material failure, then the lithium source and carbon source in the failure of lithium iron phosphate cathode material supplement and finally, ball milling and mixing, calcining to obtain lithium iron phosphate cathode material regeneration. The effective separation of the fluid collector and the cathode material layer can be achieved by cracking and carbonizing the adhesive under the action of laser radiation. The failure of lithium phosphate lithium-ion cathode material is regenerated and recycled.

【技术实现步骤摘要】
一种废旧磷酸铁锂正极材料的再生方法
本专利技术涉及废旧磷酸铁锂正极材料的再生技术，属于锂离子电池正极材料的循环利用技术。
技术介绍
锂离子电池作为一种高性能的可充电源，近年来已在电动汽车、便携式电子产品和通讯工具中得到广泛应用。其中磷酸铁锂电池因具有高容量、稳定的放电平台、良好的循环性能和热稳定性能、价格低廉等优点而得到广泛应用。当前，磷酸铁锂电池已被应用在大型电动公交车辆、电动汽车、储能设备等方面，获得了较好的经济和社会效益。随着磷酸铁锂动力电池的大规模应用，在不久的将来定会产生大量废旧电池。如果废旧电池得不到及时的处理，会因长期腐蚀而破损，导致重金属、酸、碱泄漏，造成环境污染，甚至危及人类的健康。因此如何最大限度地进行无害化处理，实现对废旧电池“绿色”回收成为人类必须面对的问题。磷酸铁锂电池如果按照通常废旧电池的处理思路和方法，只是将电极材料中锂、铁等金属元素进行分离提纯变成基本化工原料，在经济上显然没有优势。为了实现废旧磷酸铁锂电池的可持续利用，需要开发废旧磷酸铁锂电池的再生工艺。修复再利用是对磷酸铁锂电池正极片中的活性物质进行修复处理，然后组装成新的电池直接使用。中国专利CN101394015A将回收的磷酸铁锂废料干燥处理之后，在还原性或惰性气体中热处理后粉碎，得到再生的磷酸铁锂材料，但此法仅对废料进行简单处理，材料性能很难得到保障。中国专利CN106384855A将废旧磷酸铁锂正极片高温煅烧，使得磷酸铁锂活性物质与集流体铝箔脱落，然后筛分得到磷酸铁锂活性物质；将得到的磷酸铁锂活性物质与石墨混合，并以乙醇为介质进行球磨，然后烘干，得到磷酸铁锂材料。该方法容易给磷酸铁锂活性物质带入杂质，影响再生磷酸铁锂的电化学性能。针对现有的废旧磷酸铁锂正极材料修复过程中活性物质与集流体的剥离问题，本申请提出采用激光辐照对废旧磷酸铁锂正极片进行剥离。激光与物质相互作用时具有以下优势：（1）干态、快速；（2）非接触式作用；（3）高光功率密度；（4）不产生化学反应；（5）不引入其他杂质等。
技术实现思路
本专利技术的目的时提供一种废旧磷酸铁锂正极材料的再生方法。本专利技术是一种废旧磷酸铁锂正极材料的再生方法，其步骤为：（1）将废旧的磷酸铁锂电池经1-10C放电倍率、0.05-0.1V放电电压进行放电处理；（2）将放电后的磷酸铁锂电池在通风橱中进行手工拆解，得到磷酸铁锂正极片；（3）将正极片于激光辐照下进行预处理，激光辐照时间1-10分钟，使失效磷酸铁锂正极材料与集流体有效分离；（4）在失效磷酸铁锂正极材料中加入锂源、碳源和研磨介质进行球磨混合，锂源与失效磷酸铁锂的质量比为0.05-0.5，碳源与失效磷酸铁锂的质量比为0.1-1，球磨转速为每分钟300-600转，球磨时间为2-20小时；（5）将球磨混合好的物料干燥，然后在惰性气氛下煅烧得到再生的磷酸铁锂正极材料，煅烧温度600-1000℃，保温时间2-12小时。本专利技术的有益效果是：采用激光辐射对失效的磷酸铁锂正极片进行预处理，使正极片中的粘结剂和残留电解液裂解，实现活性物质层与集流体的有效分离且不引入其他杂质。对失效磷酸铁锂正极材料直接补锂进行再生，工艺流程简单，能耗较低，操作性强，无环境污染，能够实现失效磷酸铁锂材料的高效循环利用，同时具有一定的经济效益。附图说明图1为本专利技术废旧磷酸铁锂正极材料再生工艺流程图。具体实施方式如图1所示，本专利技术是一种废旧磷酸铁锂正极材料的再生方法，其步骤为：（1）将废旧的磷酸铁锂电池经1-10C放电倍率、0.05-0.1V放电电压进行放电处理；（2）将放电后的磷酸铁锂电池在通风橱中进行手工拆解，得到磷酸铁锂正极片；（3）将正极片于激光辐照下进行预处理，激光辐照时间1-10分钟，使失效磷酸铁锂正极材料与集流体有效分离；（4）在失效磷酸铁锂正极材料中加入锂源、碳源和研磨介质进行球磨混合，锂源与失效磷酸铁锂的质量比为0.05-0.5，碳源与失效磷酸铁锂的质量比为0.1-1，球磨转速为每分钟300-600转，球磨时间为2-20小时；（5）将球磨混合好的物料干燥，然后在惰性气氛下煅烧得到再生的磷酸铁锂正极材料，煅烧温度600-1000℃，保温时间2-12小时。以上所述的再生方法，所述的锂源选自碳酸锂，或者氢氧化锂，或者草酸锂，或者柠檬酸锂，或者磷酸二氢锂，或者其中的一种或几种。以上所述的再生方法，所述的碳源为蔗糖，或者可溶性淀粉，或者葡萄糖，或者果糖，或者柠檬酸，或者聚乙二醇，或者聚乙烯醇，或者酚醛树脂，或者其中的一种或几种。实施例1：将废旧的26650-3000mAh-3.2V磷酸铁锂电池经放电处理后，手工拆解得到磷酸铁锂正极片；磷酸铁锂正极片经波长510.6nm的激光辐照10分钟，用刷子将失效磷酸铁锂正极材料从集流体上分离并收集；在0.8g失效磷酸铁锂材料中加入质量比为0.05的碳酸锂，再加入与失效磷酸铁锂正极材料质量比为1的葡萄糖；500转/分钟球磨4小时；氮气气氛中升温至750℃，保温4小时，得到再生的磷酸铁锂正极材料。所得再生磷酸铁锂正极材料的电池性能测试采用CR2025扣式电池，在充满惰性气氛的手套箱中进行组装。负极采用金属锂片，电解液采用1mol.L-LiPF6/EC:DMC(1:1)，其中EC为碳酸乙烯酯，DMC为碳酸二甲酯。正极片制备工艺如下：将制备好的再生磷酸铁锂正极材料与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF（聚偏二氟乙烯）按90:5:5混合均匀，加入适量NMP（N-甲基吡咯烷酮）在玛瑙研钵中研磨均匀，形成粘稠的胶状混合物，然后均匀涂布在0.02mm厚的铝箔上，置于120℃真空干燥20h。组装好的电池用电池测试系统进行恒电流充放电测试，充放电压为2.8～4.2V。充放电倍率为0.1C条件下，材料初始放电比容量为157mAh/g，经50次循环容量保持在146mAh/g。实施例2：将废旧的26650-3000mAh-3.2V磷酸铁锂电池经放电处理后，手工拆解得到磷酸铁锂正极片；磷酸铁锂正极片经波长510.6nm的激光辐照10分钟，用刷子将失效磷酸铁锂正极材料从集流体上分离并收集；在1.0g失效磷酸铁锂材料中加入质量比为0.05的碳酸锂，再加入与失效磷酸铁锂正极材料质量比为0.3的葡萄糖；500转/分钟球磨4小时；氮气气氛中升温至750℃，保温4小时，得到再生的磷酸铁锂正极材料。按照实施例1的方法组装电池，进行测试，充放电倍率为0.1C条件下，再生磷酸铁锂材料的初始放电容量达到158mAh/g，经50次循环容量保持在152mAh/g。实施例3：将废旧的26650-3000mAh-3.2V磷酸铁锂电池经放电处理后，手工拆解得到磷酸铁锂正极片；磷酸铁锂正极片经波长510.6nm的激光辐照1分钟，用刷子将失效磷酸铁锂正极材料从集流体上分离并收集；在0.85g失效磷酸铁锂材料中加入质量比为0.1的碳酸锂，再加入与失效磷酸铁锂正极材料质量比为0.5的葡萄糖；500转/分钟球磨4小时；氮气气氛中升温至750℃，保温4小时，得到再生的磷酸铁锂正极材料。按照实施例1的方法组装电池，进行测试，充放电倍率为0.1C条件下，再生磷酸铁锂材料的初始放电容量达到142.9mAh/g，经50次循环容量保持在132.3mAh/g。实施例4：将废旧的26650-3000m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种废旧磷酸铁锂正极材料的再生方法，其特征在于，其步骤为：（1）将废旧的磷酸铁锂电池经1‑10C放电倍率、0.05‑0.1V放电电压进行放电处理；（2）将放电后的磷酸铁锂电池在通风橱中进行手工拆解，得到磷酸铁锂正极片；（3）将正极片于激光辐照下进行预处理，激光辐照时间1‑10分钟，使失效磷酸铁锂正极材料与集流体有效分离；（4）在失效磷酸铁锂正极材料中加入锂源、碳源和研磨介质进行球磨混合，锂源与失效磷酸铁锂的质量比为0.05‑0.5，碳源与失效磷酸铁锂的质量比为0.1‑1，球磨转速为每分钟300‑600转，球磨时间为2‑20小时；（5）将球磨混合好的物料干燥，然后在惰性气氛下煅烧得到再生的磷酸铁锂正极材料，煅烧温度600‑1000℃，保温时间2‑12小时。

【技术特征摘要】
1.一种废旧磷酸铁锂正极材料的再生方法，其特征在于，其步骤为：（1）将废旧的磷酸铁锂电池经1-10C放电倍率、0.05-0.1V放电电压进行放电处理；（2）将放电后的磷酸铁锂电池在通风橱中进行手工拆解，得到磷酸铁锂正极片；（3）将正极片于激光辐照下进行预处理，激光辐照时间1-10分钟，使失效磷酸铁锂正极材料与集流体有效分离；（4）在失效磷酸铁锂正极材料中加入锂源、碳源和研磨介质进行球磨混合，锂源与失效磷酸铁锂的质量比为0.05-0.5，碳源与失效磷酸铁锂的质量比为0.1-1，球磨转速为每分钟300-600转，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙延双，段超宇，朱福良，王功瑞，杜梦奇，王琛，王磊，夏军，肖明军，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62