一种退役锂离子电池正极材料的再生方法技术

本发明专利技术公开一种退役锂离子电池正极材料的再生方法，包括步骤：将退役锂离子电池正极材料粉料放入填充有过饱和锂盐溶液中进行水热加压补锂，得到第一非均相悬浊液；将第一非均相悬浊液抽滤干燥后，所得再生正极材料晶种与前驱体溶液和粘结剂混合进行球磨，得到第二非均相悬浊液液；将第二非均相悬浊液液搅拌均匀，进行喷雾干燥后，收集再生前驱体；将再生前驱体依次经过第一段焙烧和第二段焙烧进行高温固相反应，得到再生的锂离子电池正极材料。本发明专利技术的再生方法成本低，所用原料不包含酸碱，无废水、废气排放，有利于保护生态环境，有效降低了材料消耗和成本。本发明专利技术工艺简单，再生利用率高，有利于工业化大规模生产，具有非常广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种退役锂离子电池正极材料的再生方法
本专利技术涉及退役锂离子电池正极材料回收
，尤其涉及一种退役锂离子电池正极材料的再生方法。
技术介绍
近年来，锂离子电池由于具有高功率、高能量密度、环境友好、长循环寿命、无记忆效应等优点，不仅被广泛应用于便携式电子设备，而且也越来越多地应用于动力汽车等大型储能领域。锂离子电池寿命通常为5～10年，随着其应用越来越广泛特别是动力汽车等领域，未来废旧电池的数量将迎来井喷式增长。退役三元锂离子电池含有锂镍钴锰等有价金属，如若不进行有效回收，将对环境造成严重危害，且有价金属资源浪费严重。因此，开发退役三元锂离子电池清洁高效回收技术已成为热点。但现有回收工艺存在流程长、能耗大、杂质脱除率和有价元素回收率较低等不足。当前技术中提取工艺有两种途径：第一种方法是采用萃取工艺，杂质分离效果较好，可获得电池级原料，但萃取需采用多段萃取且萃取级数高，设备占地面积大，存在废水排放和环境污染问题；另一种方法是采用中和沉淀分离，镍和钴离子在较低pH值、非匀质的情况下会产生沉淀，但在中和沉淀时将会夹带大量的有价金属，从而降低有价金属的回收率。此外，传统工艺一般加碳酸钠多级沉淀回收锂离子，工艺过程复杂，回收率低，回收成本高。目前公开的一些退役锂离子电池正极材料再生工艺，则是将废弃锂离子电池破碎后通过无机酸或有机酸浸出，经萃取除杂后通过碱液共沉淀得到前驱体，再煅烧得到正极材料。这些工艺同样会耗费大量的酸，能耗高，同时也会将有价金属和杂质元素同时浸出，难以保证回收后正极材料的品相及电化学性能，且有价金属回收率低。因此，现有技术仍有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种退役锂离子电池正极材料的再生方法，旨在解决现有锂离子电池正极材料再生工艺存在流程复杂、成本高、难以保证再生后正极材料电化学性能的问题。本专利技术的技术方案如下：一种退役锂离子电池正极材料的再生方法，包括以下步骤：将退役锂离子电池正极材料粉料放入填充有过饱和锂盐溶液的水热反应釜中进行水热加压补锂，得到第一非均相悬浊液；将第一非均相悬浊液抽滤干燥后，将所得再生正极材料晶种与前驱体溶液和粘结剂混合，并进行球磨，得到第二非均相悬浊液；将第二非均相悬浊液搅拌均匀，进行喷雾干燥后，得到再生前驱体；将再生前驱体依次经过第一段焙烧和第二段焙烧处理，得到再生的锂离子电池正极材料。可选地，所述水热反应釜的压力设置为1MPa～10MPa，保压温度设置为120℃～260℃，保压时间设置为1h～20h。可选地，所述退役锂离子电池正极材料粉料的质量与所述过饱和锂盐溶液的体积比为1g：20mL，所述过饱和锂盐的浓度为1M～6M。可选地，所述前驱体溶液为Ni盐、Co盐、Mn盐中的一种或多种与Li盐组成的盐溶液，Li与M的物质的量之比为1.05～2:1，所述M为Ni、Co、Mn的物质的量之和。可选地，所述粘结剂占再生正极材料晶种与前驱体质量之和的质量百分比为1％～20％。可选地，所述粘结剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、淀粉中的一种或多种。可选地，所述球磨的球料质量比为5:1～20:1，固液比为30g/L～200g/L，球磨时间为2h～15h，球磨转速为100r/min～2000r/min。可选地，所述喷雾干燥的空气流量为10m3/h～100m3/h，进风温度为120℃～600℃，出风温度为120℃～600℃，吸料速度为100mL/h～2000mL/h。可选地，所述第一段焙烧的温度为300℃～550℃，焙烧时间为1h～6h；所述第二段焙烧的温度为700℃～950℃，焙烧时间为5h～12h。可选地，所述第一段焙烧和第二段焙烧的气氛为氧气或空气。有益效果：本专利技术提供了一种退役锂离子电池正极材料的再生方法，对设备要求低，设备投资及运行成本低，所用原料不包含酸碱，无废水和废气排放，有利于保护生态环境，有效降低了材料消耗和成本。本专利技术通过球磨喷雾直接再生正极材料，不需要单独提纯金属盐，缩短了回收工艺，产品实现了高值化，显著增加经济效益。本专利技术工艺简单，工艺流程较短，有利于工业化大规模生产，所得再生锂离子电池正极材料具有优异的电化学性能。附图说明图1为本专利技术实施例退役锂离子电池正极材料NCM523再生流程示意图。图2为本专利技术实施例1退役锂离子电池正极材料NCM523的SEM图。图3为本专利技术实施例1水热加压补锂后锂离子电池正极材料NCM523的SEM图。图4为本专利技术实施例1水热加压补锂过程中锂离子电池正极材料NCM523的锂含量随水热加压时间和温度的变化结果图。图5为本专利技术实施例1再生锂离子电池正极材料NCM523的SEM图。图6为本专利技术实施例1退役锂离子电池正极材料NCM523、水热加压补锂后锂离子电池正极材料NCM523和球磨后锂离子电池正极材料NCM523的XRD图。图7a为本专利技术实施例1退役锂离子电池正极材料NCM523、加压补锂后锂离子电池正极材料NCM523、再生锂离子电池正极材料NCM523的充放电测试结果图，图7b为本专利技术实施例1退役锂离子电池正极材料NCM523、加压补锂后锂离子电池正极材料NCM523、再生锂离子电池正极材料NCM523的循环测试结果图。图8为本专利技术实施例2退役锂离子电池正极材料NCM622的SEM图。图9为本专利技术实施例2再生锂离子电池正极材料NCM622的SEM图。图10为本专利技术实施例2退役锂离子电池正极材料NCM622、再生锂离子电池正极材料NCM622的循环测试结果图。具体实施方式本专利技术提供一种退役三元锂离子电池正极材料的再生方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种退役锂离子电池正极材料的再生方法，包括以下步骤：S1、将退役锂离子电池正极材料粉料放入填充有过饱和锂盐溶液的水热反应釜中进行水热加压补锂，得到第一非均相悬浊液；S2、将第一非均相悬浊液抽滤干燥后，将所得再生正极材料晶种与前驱体溶液和粘结剂混合，并进行球磨，得到第二非均相悬浊液；S3、将第二非均相悬浊液搅拌均匀，进行喷雾干燥后，得到再生前驱体；S4、将再生前驱体依次经过第一段焙烧和第二段焙烧处理，得到再生的锂离子电池正极材料。本专利技术实施例采用水热加压补锂-球磨-喷雾干燥-焙烧的工艺流程来实现锂离子电池正极材料的再生，对设备要求低，设备投资及运行成本低，所用原料不包含酸碱，无废水和废气排放，有利于保护生态环境，从而有效降低了材料消耗和成本。另外，该工艺流程短、再生利用率高，有利于工业化大规模生产，符合目前产业的需求，具有非常广泛的应用前景。步骤S1中，在一种实施方式中，所述过饱和锂盐溶液中的锂盐为各种锂盐或者混合锂。例如，所述锂盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种退役锂离子电池正极材料的再生方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将退役锂离子电池正极材料粉料放入填充有过饱和锂盐溶液的水热反应釜中进行水热加压补锂，得到第一非均相悬浊液；/n将第一非均相悬浊液抽滤干燥后，将所得再生正极材料晶种与前驱体溶液和粘结剂混合，并进行球磨，得到第二非均相悬浊液；/n将第二非均相悬浊液搅拌均匀，进行喷雾干燥后，得到再生前驱体；/n将再生前驱体依次经过第一段焙烧和第二段焙烧处理，得到再生的锂离子电池正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种退役锂离子电池正极材料的再生方法，其特征在于，包括以下步骤：
将退役锂离子电池正极材料粉料放入填充有过饱和锂盐溶液的水热反应釜中进行水热加压补锂，得到第一非均相悬浊液；
将第一非均相悬浊液抽滤干燥后，将所得再生正极材料晶种与前驱体溶液和粘结剂混合，并进行球磨，得到第二非均相悬浊液；
将第二非均相悬浊液搅拌均匀，进行喷雾干燥后，得到再生前驱体；
将再生前驱体依次经过第一段焙烧和第二段焙烧处理，得到再生的锂离子电池正极材料。


2.根据权利要求1所述的退役锂离子电池正极材料的再生方法，其特征在于，所述水热反应釜的压力设置为1MPa～10MPa，保压温度设置为120℃～260℃，保压时间设置为1h～20h。


3.根据权利要求1所述的退役锂离子电池正极材料的再生方法，其特征在于，所述退役锂离子电池正极材料粉料的质量与所述过饱和锂盐溶液的体积比为1g：20mL，所述过饱和锂盐的浓度为1M～6M。


4.根据权利要求1所述的退役锂离子电池正极材料的再生方法，其特征在于，所述前驱体溶液为Ni盐、Co盐、Mn盐中的一种或多种与Li盐组成的盐溶液，Li与M的物质的量之比为1.05～2:1，所述M为Ni、Co、Mn的物质的量之和。


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【专利技术属性】
技术研发人员：林艳，王皓逸，张英杰，崔焱，邹昱凌，孟奇，徐明丽，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53