一种基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法技术

本发明专利技术提供一种基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法，包括步骤：取废旧磷酸铁锂粉料，于空气气氛进行第一次烧结处理，得到除杂与均质化的磷酸铁锂；取所述除杂与均质化的磷酸铁锂、锂源、还原剂、碳源、表面活性剂于水中混合后，得到磷酸铁锂前驱溶液；将所述磷酸铁锂前驱溶液进行喷雾干燥，将喷雾干燥得到的混合物进行第二次烧结处理，得到碳包覆的磷酸铁锂。本发明专利技术提供的制备方法工艺简单可靠，环境友好，获得的再生碳包覆磷酸铁锂性能优异且稳定一致，适合应用于工业大规模生产。适合应用于工业大规模生产。适合应用于工业大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，尤其涉及一种基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法。

技术介绍

[0002]近年来，新能源汽车产业发展迅速，根据中国汽车工业协会发布的最新数据，2020年国内新能源汽车产量达到136.7万辆。同时，当前新能源动力电池也已进入规模化退役阶段，根据目前的锂电池正极材料装机量推算，截止到2023年，我国的锂电池正极材料报废量将会首次超过100GWh。因此，废旧磷酸铁锂电池的数量也在逐年上升，为了回收再利用材料、节约成本并保护环境，回收磷酸铁锂废料变得很有必要。但由于磷酸铁锂中含有的金属元素较少，对金属进行分离提纯没有经济价值，对回收废旧磷酸铁锂电池的研究较少，且现有的废旧磷酸铁锂电池回收方法，工艺复杂、废旧电池利用效率低，成品性能差，难以适用于工业大规模生产。
[0003]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0004]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法，旨在解决现有技术中废旧磷酸铁锂再生工艺复杂、废旧电池利用效率低以及成品性能差的问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供一种基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法，包括步骤：
[0007]取废旧磷酸铁锂粉料，于空气气氛进行第一次烧结处理，得到除杂与均质化的磷酸铁锂；
[0008]取所述除杂与均质化的磷酸铁锂、锂源、还原剂、碳源、表面活性剂于水中混合后，得到磷酸铁锂前驱溶液；
[0009]将所述磷酸铁锂前驱溶液进行喷雾干燥，将喷雾干燥得到的混合物进行第二次烧结处理，得到碳包覆的磷酸铁锂。
[0010]优选地，所述锂源为碳酸锂所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂和氯化锂中的一种或多种。
[0011]优选地，所述还原剂为抗坏血酸、葡萄糖和蔗糖中的一种或多种。
[0012]优选地，所述碳源为石墨烯。
[0013]优选地，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二磺基苯磺酸和十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
[0014]优选地，所述除杂与均质化的磷酸铁锂包括Fe2O3和Li3Fe2(PO4)3。
[0015]优选地，所述的得到磷酸铁锂前驱溶液的步骤还包括：
[0016]取所述除杂与均质化的磷酸铁锂、锂源、还原剂、石墨烯、表面活性剂于水中混合
后，进行球磨混合处理，得到磷酸铁锂前驱溶液。
[0017]优选地，所述第一次烧结处理的步骤中，烧结温度为500～900℃，烧结时间为30～150分钟。
[0018]优选地，所述第二次烧结处理的步骤包括：
[0019]在Ar/H2气氛下进行第二次烧结处理，将所述将喷雾干燥得到的混合物在200～400℃保温2～6小时后，将温度升至600～850℃保温5～10小时。
[0020]优选地，所述进行球磨混合处理的步骤中，球磨时间为3～10h。
[0021]有益效果：本专利技术提供一种基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法，通过从废旧磷酸铁锂中直接再生出性能良好的磷酸铁锂正极材料的方法，使回收废旧磷酸铁锂的工艺路径变短，废旧电池利用效率提高。具体地，本专利技术通过对废旧磷酸铁锂在空气中高温烧结，进行除杂与均质化处理，解决了磷酸铁锂极片中有机物残留的影响，得到的产物成分可控均一；通过采用喷雾干燥的方法，使得除杂与均质处理后的磷酸铁锂能够与锂源、还原剂、碳源、表面活性剂充分混合，与传统的固相混合相比，本专利技术提供的制备方法可实现混料的均匀性，保证再生磷酸铁锂的稳定性和一致性；通过第二次高温烧结的过程将废旧磷酸铁锂还原成为LiFePO4的同时实现碳包覆，改善磷酸铁锂的导电性，有利于充分发挥其性能。并且，本专利技术提供的制备方法在整个过程中不产生废水废气，对环境友好，且成品性能良好稳定，适合应用于工业大规模生产。
附图说明
[0022]图1为本专利技术中基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法的流程图；
[0023]图2为本专利技术实施例1中的除杂与均质化后的磷酸铁锂X射线衍射图；
[0024]图3为本专利技术中实施例1制备的碳包覆磷酸铁锂X射线衍射图；
[0025]图4为本专利技术中由实施例1制备的碳包覆磷酸铁锂组装的半电池在0.1C倍率下的充放电曲线；
[0026]图5为本专利技术中实施例1制备的碳包覆磷酸铁锂扫描电镜图；
[0027]图6为本专利技术中实施例1制备的碳包覆磷酸铁锂透射电镜图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供一种基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法，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。
[0029]目前，由于磷酸铁锂中含有的金属元素较少，对金属进行分离提纯没有经济价值，对回收废旧磷酸铁锂电池的研究较少，且现有的废旧磷酸铁锂电池回收方法，工艺复杂、废旧电池利用效率低，成品性能差，难以适用于工业大规模生产。
[0030]基于此，本专利技术提供一种基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法，包括步骤：
[0031]S1、取废旧磷酸铁锂粉料，于空气气氛进行第一次烧结处理，得到除杂与均质化的磷酸铁锂；
[0032]S2、取所述除杂与均质化的磷酸铁锂、锂源、还原剂、碳源、表面活性剂于水中混合
后，得到磷酸铁锂前驱溶液；
[0033]S3、将所述磷酸铁锂前驱溶液进行喷雾干燥，将喷雾干燥得到的混合物进行第二次烧结处理，得到碳包覆的磷酸铁锂。
[0034]本专利技术通过从废旧磷酸铁锂中直接再生出性能良好的磷酸铁锂正极材料的方法，使回收废旧磷酸铁锂的工艺路径变短，废旧电池利用效率提高，且具有一定的经济价值。具体地，本专利技术提供的制备方法通过对废旧磷酸铁锂在空气中高温烧结，进行除杂与均质化处理，解决了磷酸铁锂极片中有机物残留的影响，得到的产物成分可控均一；通过采用喷雾干燥的方法，使得除杂与均质处理后的磷酸铁锂能够与锂源、还原剂、碳源、表面活性剂充分混合与水溶液中，能够保证得到的产物组分均匀、化学计量比准确，得到产物一般呈较规则的球形，无需后续的研磨，烧结之后正极材料纯度高；通过第二次高温烧结的过程将废旧磷酸铁锂还原成为LiFePO4的同时实现碳包覆，改善磷酸铁锂的导电性，有利于充分发挥其性能。并且，本专利技术提供的制备方法在整个过程中不产生废水废气，对环境友好，且成品性能良好稳定，适合应用于工业大规模生产。
[0035]更具体地，由于回收的废旧磷酸铁锂材料损伤程度不同，相同再生条件下的再生样品的电化学性能不一致，限制了再生磷酸铁锂的大规模应用。因此，通过步骤S1对废旧磷酸铁锂进行除杂与均质化处理，解决了磷酸铁锂极片中有机物残留的影响，使得得到的产物成分可控均一。
[0036]在一些实施例中，步骤S1中所述除杂与均质化的磷酸铁锂主要成分包括Fe2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法，其特征在于，包括步骤：取废旧磷酸铁锂粉料，于空气气氛进行第一次烧结处理，得到除杂与均质化的磷酸铁锂；取所述除杂与均质化的磷酸铁锂、锂源、还原剂、碳源、表面活性剂于水中混合后，得到磷酸铁锂前驱溶液；将所述磷酸铁锂前驱溶液进行喷雾干燥，将喷雾干燥得到的混合物进行第二次烧结处理，得到碳包覆的磷酸铁锂。2.根据权利要求1所述的基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法，其特征在于，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂和氯化锂中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法，其特征在于，所述还原剂为抗坏血酸、葡萄糖和蔗糖中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法，其特征在于，所述碳源为石墨烯。5.根据权利要求1所述的基于废旧磷酸铁锂材料制备碳包覆磷酸铁锂的方法，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二磺基苯磺酸和十二烷基硫酸钠中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的基于废旧磷酸铁锂材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嘉恒，邹永兴，李豪，曹瑾玮，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：