锂离子电池正极材料的全干法提纯方法及提纯得到的锂离子电池正极材料技术

本发明专利技术属于锂离子电池正极材料综合利用技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料的全干法提纯方法及提纯得到的锂离子电池正极材料。该方法包括如下步骤：1)将锂电池正极回收材料的碎料低温加热至粘接剂失效，得到集流体和锂电池正极待提纯材料分离开来的混合料；2)对集流体和锂电池正极待提纯材料分离开来的混合料进行震动筛分，得到分离掉集流体的锂电池正极待提纯材料；3)将分离掉集流体的锂电池正极待提纯材料进行烧结，得到锂电池正极提纯材料。本发明专利技术实现了锂离子电池正极材料的全干法提纯，提纯得到的锂电池正极提纯材料纯度高。

The purification method of positive material of lithium-ion battery by dry method and the positive material of lithium-ion battery

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池正极材料的全干法提纯方法及提纯得到的锂离子电池正极材料
本专利技术属于锂离子电池正极材料综合利用
，具体涉及一种锂离子电池正极材料的全干法提纯方法及提纯得到的锂离子电池正极材料。
技术介绍
锂离子电池行业发展迅速，预计2020年，全球将有320亿美金的市场。其寿命约为5-10年，预计在2020年，将有50万吨的退役电池。废旧锂离子电池中的过度金属、锂、以及铜和集流体等材料，如果回收将产生巨大经济效益，如果直接丢弃，不经浪费资源，还污染环境。所以，从环境保护、贵重资源回收利用方面，开发一条简单、环保、可操作性强的锂离子电池回收方法都迫在眉睫。因为正极材料占整个电池价值的一大部分，现在对退役锂离子电池的回收利用主要集中在正极极片的处理和正极材料的回收上。现有对正极材料的再利用工艺主要工艺有火法冶金、湿法冶金和直接回收再生。有人研究了一种高温处理分离集流体，酸浸含正极材料的粉料，之后通过萃取提取有价值元素，并调配比例合成相应前驱体的方法。冶金方法合成的材料纯净度较高，主含量分量符合设计值，但是破坏了正极材料原有的结构，步骤复杂、能耗高，较难实现大规模的工业生产。也有专利公布了一种直接破碎回收正极粉末、浮选除杂再生的工艺，该工艺极大的降低了成本投入，具有一定的实用性，但是采用了浮选除杂的工艺，废水的处理，与合适试剂的选择投入依然复杂。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料的全干法提纯方法及提纯得到的锂离子电池正极材料。该修复方法为全干法修复，无废水污染与强酸/碱投入，处理温度较火法冶金温和，保有材料原有结构，绿色节能，重复性好，工序简单，高效，具有商业可行性。本专利技术所提供的技术方案如下：一种锂离子电池正极材料的全干法提纯方法，包括如下步骤：1)将锂电池正极回收材料的碎料低温加热至粘接剂失效，得到集流体和锂电池正极待提纯材料分离开来的混合料；2)对步骤1)得到的所述集流体和锂电池正极待提纯材料分离开来的混合料进行震动筛分，得到分离掉集流体的锂电池正极待提纯材料；3)将步骤2)得到的所述分离掉集流体的锂电池正极待提纯材料进行烧结，得到锂电池正极提纯材料。上述技术方案中：步骤1)中，采用低温加热的处理，可以使得粘结剂，例如PVDF,热解为热解中间体和/或部分炭化，从而使粘结剂失去粘粘能力；步骤2)中，通过震动筛分，可基本分离掉集流体铝或铜；步骤3)中，通过高温烧结，可以将残留的粘结剂热解中间体和/或部分炭化的粘结剂完全碳化，降低碳含量。基于上述技术方案，本专利技术实现了锂离子电池正极材料的全干法提纯，在各处理阶段，皆无废水污染与强酸/碱投入，处理温度较火法冶金温和，可保有材料原有结构。提纯得到的锂电池正极提纯材料纯度高，杂质铝、铜等含量低于0.2％，碳含量低于0.1％，铝含量明显低于一次高温热处理法以及直接破碎回收正极材料等方法。具体的，步骤1)中，所述的锂电池正极回收材料的粉料:为锂电池正极材料制作的极片失效后处理得到的粉料，例如，失效的废旧极片处理后得到的粉料，处理步骤可包括分离掉集流体；或者，为锂电池正极材料的边角料处理后得到的粉料，例如未接触电解液的边角料处理后得到粉料，处理步骤可包括分离掉集流体。具体的，步骤1)中：所述锂电池正极材料为层状LiMeO2材料中的任意一种或多种，Me为Ni、Co或Mn；或者，所述锂电池正极材料为橄榄石结构LiMePO4中的任意一种或多种，Me为Fe或Mn；所述锂电池正极回收材料的碎料的尺寸为0.5cm2～100cm2。具体的，步骤2)中：所述低温加热的升温速率为2℃/min～10℃/min；所述低温加热的恒温段为300～500℃；所述低温加热的恒温时长为10min～3h；所述低温加热的降温速率小于或等于10℃/min；所述低温加热的气氛选自干燥空气、氧气、氮气或氩气中的任意一种或多种的混合；流量为2.5m3/h～20m3/h。上述技术方案提供了低温加热的处理条件，基于该技术方案，可以充分的实现粘结剂，例如PVDF的失效。具体的，步骤2)中：所述震动筛分的筛网级数大于2级且小于10级，并至少包含50目和300目两层筛网；震动筛分的脱粉时长30s～10min。基于上述技术方案，可以充分的实现集流体与正极材料的分离。进一步的，震动筛分后，步骤2)得到的所述分离掉集流体的锂电池正极待提纯材料与步骤1)中的所述锂电池正极回收材料的碎料的重量百分比大于或等于95％。基于上述技术方案，可以实现正极材料的高回收率。具体的，步骤3)中：所述烧结的升温速率为：2℃/min～10℃/min；所述烧结的温度为500～800℃；所述烧结的恒温时长为10min～3h；所述烧结的降温速率小于或等于10℃/min；所述烧结的气氛选自干燥空气、氧气、氮气或氩气中的任意一种或多种的混合；流量为2.5m3/h～20m3/h。上述技术方案提供了烧结的处理条件，基于该技术方案，通过高温烧结，可以将残留的粘结剂热解中间体和/或部分炭化的粘结剂完全碳化，降低碳含量至低于0.1％。具体的，步骤2)中的所述分离掉集流体的锂电池正极待提纯材料中的铝的质量含量占粉料总质量小于0.3％。专利技术人发现，铝含量低于千分之三的时候，可以在补锂的过程，通过高温作用，对材料形成包覆和浅表掺杂，这种修复对材料的循环性能有提高。本专利技术还提供了锂离子电池正极材料的全干法提纯方法提纯得到的锂电池正极提纯材料。本专利技术所提供的提纯得到的锂电池正极提纯材料纯度高，杂质铝、铜等含量低于0.2％，碳含量低于0.1％，铝含量明显低于一次高温热处理法以及直接破碎回收正极材料等方法，并保有材料原有结构。本专利技术的优点及积极效果1)本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料的回收提纯方法，在不破坏正极材料原有结构的前提下，正极材料回收率不低于95％，杂质铝、铜等含量低于0.2％，碳含量低于0.1％。回收流程简单，无需废水处理，尾气无害化处理，环境友好。2)相比于一次高温热处理法以及直接破碎回收正极材料等方法相比，对Al杂质降低至低于0.3％。3)与浮选、磁选方法相比，不引入液体废料；与一次燃烧法除碳相比，能耗降低量＞10％，同时避免了高温烧结过程中的Li损失，缓解了持续高温造成的正极材料结构不可逆变化。附图说明图1是本专利技术实施例1中低温失效粘结剂后的锂电池正极回收材料的SEM图。图2是本专利技术实施例1中烧结除杂后的锂电池正极回收材料的SEM图。图3是本专利技术实施例1中烧结除杂后的锂电池正极回收材料的XRD图。图4是本专利技术实施例2中分离得到粉料的光学照片。图5是本专利技术实施例2中剥离粉料以及二次烧结后粉料的SEM图。图6是本专利技术实施例3中剥离粉料和高温除杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极材料的全干法提纯方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)将锂电池正极回收材料的碎料低温加热至粘接剂失效，得到集流体和锂电池正极待提纯材料分离开来的混合料；/n2)对步骤1)得到的所述集流体和锂电池正极待提纯材料分离开来的混合料进行震动筛分，得到分离掉集流体的锂电池正极待提纯材料；/n3)将步骤2)得到的所述分离掉集流体的锂电池正极待提纯材料进行烧结，得到锂电池正极提纯材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料的全干法提纯方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将锂电池正极回收材料的碎料低温加热至粘接剂失效，得到集流体和锂电池正极待提纯材料分离开来的混合料；
2)对步骤1)得到的所述集流体和锂电池正极待提纯材料分离开来的混合料进行震动筛分，得到分离掉集流体的锂电池正极待提纯材料；
3)将步骤2)得到的所述分离掉集流体的锂电池正极待提纯材料进行烧结，得到锂电池正极提纯材料。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料的全干法提纯方法，其特征在于：步骤1)中，所述的锂电池正极回收材料的粉料为锂电池正极材料制作的极片失效后处理得到的粉料，或者，为锂电池正极材料的边角料处理后得到的粉料。


3.根据权利要求2所述的锂离子电池正极材料的全干法提纯方法，其特征在于，步骤1)中：
所述锂电池正极材料为层状LiMeO2材料中的任意一种或多种，Me为Ni、Co或Mn；或者，所述锂电池正极材料为橄榄石结构LiMePO4中的任意一种或多种，Me为Fe或Mn；
所述锂电池正极回收材料的碎料的尺寸为0.5cm2～100cm2。


4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料的全干法提纯方法，其特征在于，步骤1)中：
所述低温加热的升温速率为2℃/min～10℃/min；
所述低温加热的恒温段为300～500℃；
所述低温加热的恒温时长为10min～3h；
所述低温加热的降温速率小于或等于10℃/m...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：武汉瑞杰特材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42