一种废旧锂离子电池正极材料再生方法技术

本发明专利技术公开了一种废旧锂离子电池正极材料再生方法包括以下步骤：(1)将锂盐与添加剂混合配成电解液，所述锂盐由锂盐LS1和锂盐LS2组成；所述添加剂由添加剂A1和添加剂A2组成；(2)以拆解获得的锂离子电池正极极片为阴极，所述阴极用强碱性阴离子交换膜包裹，惰性电极为阳极，在电压为(2.5

【技术实现步骤摘要】
一种废旧锂离子电池正极材料再生方法


[0001]专利技术属于废旧电池回收
，具体涉及一种废旧锂离子电池正极材料再生方法。
技术背景
[0002]锂离子电池因其优异的电化学性能成为便携式电子设备以及电动汽车等产品的主要储能装置，近年来锂离子电池的产量随着市场需求的增长不断增长，同时报废电池的数量也随之增长，据估计到2030年废旧锂离子电池的数量将超过1100万吨，而锂离子电池中还有大量的有价金属元素和有机物，对其回收再利用具有一定的经济和环保效益。目前，对于锂离子电池正极材料的回收再利用主要为有价金属元素的提取和正极材料再生两种途径。
[0003]有价金属元素的提取通常是采用火法冶金或者湿法冶金的方法，将有机金属元素以盐的形式回收，再通过一定的方法制备高纯盐或者催化剂等，此方法是目前常见的方法，具有原理简单、操作方便和产物多样的特点，同时也具有流程长以及回收率低等缺点。正极材料再生包括合成和直接再生两种方式，合成即先将废旧锂离子电池正极材料通过酸浸等方式溶解得到无机盐后，在通过共沉淀法或凝胶溶胶法等合成新的正极材料，此方法工艺复杂，成本较高；直接再生则是将废旧锂离子电池正极材料通过补锂以及相变使正极材料的组成和结构恢复到初始状态，当前补锂主要是以固相法和水热法为主，相变主要是通过高温过程或者化学反应得到，该方法具有工艺简单、材料再利用率高，但是还存在补锂量少、热处理过成中锂分布不均等问题，导致再生材料的部分性能与商业正极材料表现出的性能还具有一定的差异。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的是在于提供一种废旧锂离子电池正极材料再生方法，旨在通过电解对废旧正极材料充分均匀补锂并结合热处理，使废旧正极材料的组成和结构有得到有效恢复，从而实现锂离子电池正极材料的再生。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种废旧锂离子电池正极材料再生方法，包括以下步骤：
[0007](1)将锂盐与添加剂混合配成电解液，所述锂盐由锂盐LS1和锂盐LS2组成，锂盐LS1为硝酸锂、氢氧化锂、氟化锂、氯化锂中的至少一种，锂盐LS2为碳酸锂、草酸锂、醋酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、六氟磷酸锂和三氟甲磺酰亚胺锂中的至少一种；所述添加剂由添加剂A1和添加剂A2组成，添加剂A1为氢氧化钾或其与氢氧化钠、氯化钠和氯化钾中的至少一种，添加剂A2为葡萄糖或其与阿拉伯糖、糊精、吡啶和氨基酸；
[0008](2)以拆解获得的锂离子电池正极极片为阴极，所述阴极用强碱性阴离子交换膜包裹，惰性电极为阳极，在电压为(2.5
‑
4.5)V和步骤(1)的电解液存在的条件下进行电解；
[0009](3)将正极材料从电解后的极片上剥离，并将锂源和正极材料按质量比(1
‑
2)：1混
合进行热处理，冷却后经洗涤并烘干得到再生正极材料。
[0010]作为优选方案，所述废旧锂离子电池正极材料为镍钴锰正极材料、镍钴铝正极材料、镍酸锂正极材料、锰酸锂正极材料、镍锰酸锂正极材料、磷酸铁锂正极材料和钴酸锂正极材料中的一种。
[0011]作为优选方案，步骤(1)中，锂盐与添加剂的质量比为(6
‑
9)：(1
‑
2)，电解液中的锂浓度为(2
‑
8)mol
·
L
‑1；
[0012]锂盐LS1和锂盐LS2的质量比为(5
‑
8)：(3
‑
4)；
[0013]添加剂A1和添加剂A2的质量比为(2
‑
5)：(1
‑
3)，其中添加剂A1由质量比为(2
‑
5)：(0
‑
2.5)：(0
‑
1.5)：(0
‑
1.5)的氢氧化钾、氢氧化钠、氯化钠和氯化钾组成，添加剂A2由质量比为(1
‑
5)：(0
‑
3)：(0
‑
1.5)：(0
‑
1.5)：(0
‑
1)的葡萄糖、阿拉伯糖、糊精、吡啶和氨基酸组成。
[0014]锂盐LS1在溶液中电离产生锂离子，为主要锂源，锂盐LS2为强碱弱酸盐，与水电离出的氢离子结合有利于减少氢离子的扩散；添加剂A1有利于改善溶液的导电性，添加剂A2有利于改善电解液对碳电极的润湿性，提高电解效率。
[0015]作为优选方案，步骤(2)中，拆解获得的拆解获得的锂离子电池正极极片裁剪成(5
‑
20)cm
×
(10
‑
25)cm大小，并将其表面先用无水乙醇清洗1
‑
2遍，再用去离子水清洗(1
‑
2)遍；
[0016]惰性阳极为铂电极、石墨电极、银电极、铅银合金电极和废旧电池回收的碳负极中的一种。
[0017]本专利技术中为防止拆解获得的锂离子电池正极极片中剩余的原电解液对电解过程产生影响，所以采用无水乙醇和去离子水对极片进行清洗。
[0018]作为优选方案，步骤(2)中，电解过程中，电流密度为(50
‑
150)mA
·
cm
‑2，极距为(5
‑
20)cm，电解温度为(20
‑
50)℃，电解时间为(1
‑
3)h；所述强碱性阴离子交换膜为仲胺基阴离子交换膜、季胺基阴离子交换膜和聚砜基阴离子交换膜中的至少一种。
[0019]在电解过程中，锂离子在外电压作用下向阴极扩散，(2.5
‑
4.5)V对应于电池充电时锂离子嵌入材料的电压，所以在该电压下电解可使溶液中的锂离子均匀地嵌入正极材料中，同时通过进一步优化控制电解时间、电流密度和极距可以提高锂的嵌入量，最终达到补锂的目的；而强碱性阴离子交换膜会强烈吸附水中的氢离子，防止氢离子在阴极表面被还原生成氢气而降低电解效率。
[0020]作为优选方案，步骤(3)中，所述锂源为碳酸锂、草酸锂、醋酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、硝酸锂、氢氧化锂、氟化锂、氯化锂、六氟磷酸锂和三氟甲磺酰亚胺锂中的至少一种。
[0021]本专利技术中从电解后的极片剥离下来的为正极材料、导电剂和粘结剂的混合物，与过量的锂源混合，一是防止后续高温过程中锂的损失，二是进一步达到补锂的目的。
[0022]作为优选方案，步骤(3)中，当废旧锂离子电池正极材料为镍钴锰正极材料、镍钴铝正极材料、镍酸锂正极材料、锰酸锂正极材料或镍锰酸锂正极材料时，先在氧化性气氛下以(7
‑
12)℃
·
min
‑1的速率从室温升至(650
‑
700)℃，保持(0.3
‑
0.5)h；然后在氧化性气氛下继续以(2
‑
5)℃
·
min
‑1加热至(750
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧锂离子电池正极材料再生方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将锂盐与添加剂混合配成电解液，所述锂盐由锂盐LS1和锂盐LS2组成，锂盐LS1为硝酸锂、氢氧化锂、氟化锂、氯化锂中的至少一种，锂盐LS2为碳酸锂、草酸锂、醋酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、六氟磷酸锂和三氟甲磺酰亚胺锂中的至少一种；所述添加剂由添加剂A1和添加剂A2组成，添加剂A1为氢氧化钾或其与氢氧化钠、氯化钠和氯化钾中的至少一种，添加剂A2为葡萄糖或其与阿拉伯糖、糊精、吡啶和氨基酸；(2)以拆解获得的锂离子电池正极极片为阴极，所述阴极用强碱性阴离子交换膜包裹，惰性电极为阳极，在电压为(2.5
‑
4.5)V和步骤(1)的电解液存在的条件下进行电解；(3)将正极材料从电解后的极片上剥离，并将锂源和正极材料按质量比(1
‑
2)：1混合进行热处理，冷却后经洗涤并烘干得到再生正极材料。2.根据权利要求1所述的一种废旧锂离子电池正极材料再生方法，其特征在于：所述废旧锂离子电池正极材料为镍钴锰正极材料、镍钴铝正极材料、镍酸锂正极材料、锰酸锂正极材料、镍锰酸锂正极材料、磷酸铁锂正极材料和钴酸锂正极材料中的一种。3.根据权利要求1所述的一种废旧锂离子电池正极材料再生方法，其特征在于：步骤(1)中，锂盐与添加剂的质量比为(6
‑
9)：(1
‑
2)，电解液中的锂浓度为(2
‑
8)mol
·
L
‑1；锂盐LS1和锂盐LS2的质量比为(5
‑
8)：(3
‑
4)；添加剂A1和添加剂A2的质量比为(2
‑
5)：(1
‑
3)，其中添加剂A1由质量比为(2
‑
5)：(0
‑
2.5)：(0
‑
1.5)：(0
‑
1.5)的氢氧化钾、氢氧化钠、氯化钠和氯化钾组成，添加剂A2由质量比为(1
‑
5)：(0
‑
3)：(0
‑
1.5)：(0
‑
1.5)：(0
‑
1)的葡萄糖、阿拉伯糖、糊精、吡啶和氨基酸组成。4.根据权利要求1所述的一种废旧锂离子电池正极材料再生方法，其特征在于：步骤(2)中，拆解获得的拆解获得的锂离子电池正极极片裁剪成(5
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：田忠良，程皓，郭春，汪滔，李铮，赖延清，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：