利用阴极废料的活性材料再利用方法技术

提供一种通过从阴极废料回收活性材料而再利用活性材料的方法。根据本发明专利技术的阴极活性材料再利用方法包括以下步骤：(a)在300℃至650℃下的空气中对包括位于集流器上的锂复合过渡金属氧化物阴极活性材料层的阴极废料进行1小时的热处理，以使所述活性材料层中的粘结剂和导电材料热分解，从而使所述集流器与所述活性材料层分离，并回收所述活性材料层中的活性材料；以及(b)将锂前体添加到所回收的活性材料，之后退火，以获得可再利用的活性材料。以获得可再利用的活性材料。以获得可再利用的活性材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用阴极废料的活性材料再利用方法


[0001]本公开涉及一种在锂二次电池的制造过程中再利用资源的方法。更具体地说，本公开涉及一种收集和再利用锂二次电池制造过程中产生的正极废料或使用后丢弃的锂二次电池正极活性材料的方法。
[0002]本申请要求2020年5月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10
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2020
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0065045的权益，该申请的公开内容通过引用整体纳入本文中。

技术介绍

[0003]可反复再充电的锂二次电池作为化石能源的替代物正受到关注。它们主要用于传统的手持装置，如移动电话、摄像机和电动工具。近来，应用范围趋于逐渐扩展到由电力驱动的车辆(EV、HEV、PHEV)、大容量储能系统(ESS)以及不间断电源系统(UPS)。
[0004]锂二次电池包括：电极组件，该电极组件包括单元电池，每个单元电池均包括正极板和负极板，正极板和负极板包括集流器以及涂覆在集流器上的活性材料，正极板和负极板之间插设有隔膜；以及封装或电池壳体，电极组件与电解质溶液一起被气密地接纳在其中。锂二次电池主要包括作为正极活性材料的锂基氧化物和作为负极活性材料的碳基材料。锂基氧化物包含诸如钴、镍或锰之类的金属。特别地，钴、镍和锰是非常昂贵的宝贵金属。其中，钴是一种战略金属，并且其供应是全世界关注的焦点。由于钴生产国的数量有限，全球钴的供应是不稳定的。当战略金属的供应和需求不平衡时，原材料的成本很有可能上升。
[0005]已有研究从过期后丢弃的锂二次电池(废弃电池)中收集并回收宝贵的金属。除了废弃电池外，更优选的是可以从正极板冲压后丢弃的废弃材料中收集资源，或者从过程中出现缺陷或故障的正极中收集资源。
[0006]目前，如图1中所示，通过如下操作制造锂二次电池：通过将包括正极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂的正极浆料涂覆在长片型正极集流器10(如铝(Al)箔)上，形成正极活性材料层20，从而制造正极片材30，并将正极板40冲压成预定尺寸。冲压后的剩余部分作为正极废料50被丢弃。如果从正极废料50中收集并再利用正极活性材料，在工业经济和环境方面将是非常理想的。
[0007]现有的收集正极活性材料的方法大多包括用盐酸、硫酸、硝酸等溶解正极，提取诸如钴、镍、锰之类的活性材料元素，并将其作为正极活性材料合成的原料。然而，利用酸提取活性材料元素采用了非环保的工艺来收集纯原料，并且需要中和工艺和废水处理工艺，导致工艺成本增加。此外，不可能收集锂，锂是关键的正极活性材料元素之一。为了克服这些缺点，需要一种不溶解正极活性材料并且不提取元素形式的活性材料的直接再利用方法。

技术实现思路

[0008]技术问题
[0009]本公开旨在提供一种从正极废料收集并再利用活性材料的方法。
[0010]技术方案
[0011]为了实现上述问题，本公开的一种正极活性材料再利用方法包括：(a)在300℃至650℃下的空气中对包括位于集流器上的锂复合过渡金属氧化物正极活性材料层的正极废料进行1小时或更短时间的热处理，使所述活性材料层中的粘结剂和导电材料热分解，以使所述集流器与所述活性材料层分离，并收集所述活性材料层中的活性材料；以及(b)在添加锂前体的情况下对所收集的活性材料进行退火，以获得可再利用的活性材料。
[0012]所述热处理可以进行30min或更短的时间。
[0013]所述锂前体可以是LiOH、Li2CO3、LiNO3或Li2O中的至少一种。
[0014]可以按照损失锂的比率至所述活性材料层中使用的原始活性材料中的锂与其他金属之间的比率添加锂前体的量来添加锂。
[0015]可以按0.001至0.4的摩尔比添加所述锂前体的量来添加锂。
[0016]所述退火可以是在400℃至1000℃下的空气中进行的。
[0017]所述退火步骤的温度可以超过所述锂前体的熔点。
[0018]可以以粉末形式收集所述活性材料层中的所述活性材料，并且由所述粘结剂或所述导电材料的碳化产生的碳不残留在表面上。
[0019]所述可再利用的活性材料可以具有与所述活性材料层中的所述活性材料相似的粒径分布。
[0020]根据本公开的另一种正极活性材料再利用方法包括：(a)在300℃至650℃下的空气中对正极废料进行1小时或更短时间的热处理，所述正极废料是冲压包括集流器上的锂复合过渡金属氧化物正极活性材料层的正极中的正极板后留下的，进行该热处理用于热分解所述活性材料层中的粘结剂和导电材料，以使所述集流器与所述活性材料层分离，并且收集所述活性材料层中的所述活性材料；以及(b)在添加LiOH、Li2CO3、LiNO3和Li2O中的至少一种的情况下，将所收集的活性材料在400℃至1000℃下的空气中退火。
[0021]有利效果
[0022]根据本公开，能够再利用废弃的正极活性材料(如锂二次电池制造过程中产生的正极废料)，而不使用酸，从而实现环保。根据本公开的方法不需要中和工艺或废水处理工艺，从而实现环境缓解和工艺成本降低。
[0023]根据本公开，能够收集正极活性材料的所有金属元素。由于不溶解集流器，因此能够收集集流器。提取的活性材料元素不用作合成正极活性材料的原料，并且以粉末形式收集的活性材料被直接再利用，从而实现经济效益。
[0024]根据本公开，由于没有使用诸如NMP、DMC、丙酮和甲醇之类的有毒易爆溶剂，从而实现了安全性，并且由于使用了诸如热处理和退火之类的简单工艺，因此易于管理，并且适合大规模生产。
[0025]根据本公开，能够通过非常短的热处理使诸如LiF之类的不期望的反应产物的产生最少，从而消除了对进行诸如洗涤以去除反应产物之类的附加处理的需要。
附图说明
[0026]附图示出了本公开的实施方式，并与以下详细描述一起有助于进一步理解本公开的技术方面，因此，本公开不应解释为仅限于附图。
[0027]图1是示出在正极片材中冲压正极板后丢弃的正极废料的图。
[0028]图2是根据本公开的活性材料再利用方法的流程图。
[0029]图3示出了使用实施例和对比例的活性材料进行电池评价的结果。
[0030]图4示出了实施例和对比例的活性材料的X射线衍射(XRD)图案。
[0031]图5是实施例和对比例的活性材料的扫描电子显微镜(SEM)摄影图像。
[0032]图6示出了对比例的活性材料的X射线光电子能谱(XPS)图案。
[0033]图7示出了对比例2的热重量分析(TGA)的分析结果。
[0034]图8是实施例和对比例的活性材料的粒径分布图表。
具体实施方式
[0035]下问中，将参考附图详细描述本公开的实施方式。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求书中使用的术语或词语不应解释为仅限于一般和字典的含义，而是基于允许专利技术人适当定义术语以获得最佳解释的原则，根据与本公开的技术方面相对应的含义和概念进行解释。因此，本文中描述的实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种正极活性材料再利用方法，该正极活性材料再利用方法包括以下步骤：(a)在300℃至650℃下的空气中对包括位于集流器上的锂复合过渡金属氧化物正极活性材料层的正极废料进行1小时或更短时间的热处理，使所述活性材料层中的粘结剂和导电材料热分解，以使所述集流器与所述活性材料层分离，并收集所述活性材料层中的活性材料；以及(b)在添加锂前体的情况下对所收集的活性材料进行退火，以获得可再利用的活性材料。2.根据权利要求1所述的正极活性材料再利用方法，其中，所述热处理进行30分钟或更短的时间。3.根据权利要求1所述的正极活性材料再利用方法，其中，所述锂前体是LiOH、Li2CO3、LiNO3和Li2O中的至少一种。4.根据权利要求1所述的正极活性材料再利用方法，其中，所述锂前体的添加量用于以损失锂的比率添加锂至所述活性材料层中使用的原始活性材料中的锂与其他金属之间的比率。5.根据权利要求4所述的正极活性材料再利用方法，其中，所述锂前体的添加量用于以0.001至0.4的摩尔比添加锂。6.根据权利要求1所述的正极活性材料再利用方法，其中，所述退火是...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴世浩，金珉锄，梁斗景，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：