一种超临界水原位修复废旧磷酸铁锂锂电池正极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种超临界水原位修复废旧磷酸铁锂锂电池正极材料的方法，针对现有废旧磷酸铁锂锂电池正极材料回收处理工艺相对复杂、耗能高且存在一系列环境污染问题，首先将废旧磷酸铁锂锂电池电极材料拆解破碎后分选出废旧正极材料，再置于超临界水体系中测定体系中的Fe、P和Li元素的含量并补充含量不足的元素，最后废旧正极材料在超临界水体系中进行原位修复后进行浮选、过滤和烘干，即得成品磷酸铁锂锂电池正极材料，实现了磷酸铁锂正极材料的原位修复再生，从而降低了磷酸铁锂正极材料的回收成本，提高电池回收效率。提高电池回收效率。提高电池回收效率。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界水原位修复废旧磷酸铁锂锂电池正极材料的方法


[0001]本专利技术涉及废旧电池修复
，具体涉及一种超临界水原位修复废旧磷 酸铁锂锂电池正极材料的方法。

技术介绍

[0002]在“碳中和，碳达峰”的新型环保形式的影响下，作为一种新的能源结构，锂 电池由于其高比能量、长寿命、循环性能好以及环境友好等优点，在电子、通讯、 新能源汽车等领域得到广泛的应用。锂电池在我国的发展已有40余年，据统计目 前我国锂电池年产量为157.22亿只，锂电池产业已多年蝉联世界第一，且年产量 仍然在持续上升，但由于最初行业标准存在缺陷，造成批次锂电池生产良莠不齐， 近几年已到达电池报废的高峰期。
[0003]锂电池正极中所含贵金属含量远高于天然金属矿藏，具有极高的回收价值。 其正极材料可分为磷酸铁锂和三元材料(镍钴锰锂)。在现有回收处理工艺中，废 旧锂电池在拆解后，进一步对其进行分离正负极，往往要经过一系列复杂的工艺。 以磷酸铁锂电池为例，当前处理电池通常是将锂和铁转化成Fe(OH)3和Li2CO3， 再经后续物化步骤来实现磷酸铁锂材料的再生。但由于后续步骤相对复杂，且还 会带来一系列的环境污染问题，大大提升了回收成本。

技术实现思路

[0004]针对现有废旧磷酸铁锂锂电池正极材料回收处理工艺相对复杂、耗能高且存 在一系列环境污染问题，本专利技术提供了一种超临界水原位修复废旧磷酸铁锂锂电 池正极材料的方法，实现了磷酸铁锂正极材料的原位修复再生，从而降低了磷酸 铁锂正极材料的回收成本，提高电池回收效率。r/>[0005]为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案包括以下步骤：
[0006]1)将废旧磷酸铁锂锂电池电极材料拆解破碎后分选出废旧正极材料；
[0007]2)将废旧正极材料置于超临界水体系中，测定体系中的Fe、P和Li元素的 含量；
[0008]3)向体系中添加与标准成品正极材料相比含量不足的元素进行补料，以使体 系中的Fe、P和Li元素达到设定摩尔比；
[0009]4)补料后废旧正极材料在超临界水体系中进行原位修复，超临界水体系的条 件是：水温度＞374℃，压力＞22.1MPa，原位修复时间为40min～60min；
[0010]5)原位修复后进行浮选去除导电剂和残余碳化材料；
[0011]6)浮选后进行过滤，并对滤料进行烘干，即得成品磷酸铁锂锂电池正极材料。
[0012]进一步地，所述步骤1)中采用泡沫分选。
[0013]进一步地，所述步骤2)中采用ICP检测测定体系中的Fe、P和Li元素的含 量。
[0014]进一步地，所述步骤3)中含量不足的元素按Fe：P：Li＝1：1：1的摩尔比 在碱性条件下进行补料。
[0015]进一步地，所述步骤2)中若测定的Fe元素含量最高，则步骤3)中添加P 元素和Li
元素进行补料。
[0016]进一步地，所述步骤2)中若测定的P元素含量最高，则步骤3)添加Fe元 素和Li元素进行补料。
[0017]进一步地，所述步骤2)中若测定的Li元素含量最高，则步骤3)中添加Fe 元素和P元素进行补料。
[0018]进一步地，所述补料时，Fe元素采用硫酸亚铁、氯化亚铁和碳酸亚铁中的一 种或几种，Li元素采用碳酸锂和氢氧化锂中的一种或几种，P元素采用磷酸。
[0019]进一步地，所述步骤6)中烘干在真空或保护性气体中进行烘干，保护性气 体包括氮气、二氧化碳、氦气、氩气、氖气、氪气和氙气中的一种或者几种。
[0020]进一步地，所述步骤6)中烘干温度为40～70℃，烘干时间为10min～60min。
[0021]与现有技术相比，本专利技术针对现有废旧磷酸铁锂锂电池正极材料回收处理工 艺相对复杂、耗能高且存在一系列环境污染问题，首先将废旧磷酸铁锂锂电池电 极材料拆解破碎后分选出废旧正极材料，再置于超临界水体系中测定体系中的 Fe、P和Li元素的含量并补充含量不足的元素，最后废旧正极材料在超临界水体 系中进行原位修复后进行浮选、过滤和烘干，即得成品磷酸铁锂锂电池正极材料。 利用超临界水原位修复废旧磷酸铁锂锂电池正极材料，超临界水是指当气压和温 度达到一定值时，因高温而膨胀的水的密度和因高压而被压缩的水蒸气的密度正 好相同时的水。在超临界水条件下，物质间能发生超动力学反应，反应速率能够 提高100倍以上，使回收所得的废旧磷酸铁锂锂电池正极材料在此体系下可以完 成原位修复。此外，在修复操作之前还可通过ICP检测技术测定体系中的元素含 量，对含量不足的元素进行添加使之符合所需求的摩尔比，实现废旧磷酸铁锂锂 电池正极材料的原位再生。超临界水体系比传统焙烧工艺更加具有安全、无毒、 不易燃、廉价和环境友好的优势，降低了废旧磷酸铁锂锂电池正极材料的回收成 本，提高电池回收效率。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的方法流程图；
[0023]图2是本专利技术原位修复后的磷酸铁锂锂电池正极材料的XRD图谱；
[0024]图3是本专利技术原位修复后的磷酸铁锂锂电池正极材料的SEM图；
[0025]图4是本专利技术原位修复后的磷酸铁锂锂电池正极材料制备的扣式电池在0.2C 的首次充放电曲线图；
[0026]图5是本专利技术原位修复后的磷酸铁锂锂电池正极材料制备的扣式电池在1C 循环90次的数据表。
具体实施方式
[0027]下面结合说明书附图和具体的实施例对本专利技术作进一步地解释说明，显然， 所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本申请保护的范围。
[0028]本专利技术提供了一种超临界水原位修复废旧磷酸铁锂锂电池正极材料的方法， 具
体参见图1，包括以下步骤：
[0029]步骤一、分选：将拆解破碎后的废旧磷酸铁锂锂电池电极材料进行分选，可 采用泡沫分选按照其物理化学性质的不同将其分选为废旧的磷酸铁锂正极材料和 废旧的负极材料；
[0030]其中，泡沫分选时拆解破碎后的废旧的磷酸铁锂正极材料留在底部，废旧的 负极材料上浮。
[0031]步骤二、测定：将废旧正极材料置于超临界水体系中，用ICP技术对体系中 Fe、P和Li元素的含量进行测定。
[0032]步骤三、补料：按照各元素摩尔比例对体系中含量不足的元素进行补料。这 里是根据步骤二的ICP测定结果与标准成品磷酸铁锂正极材料相比确定含量不足 的元素，标准成品磷酸铁锂正极材料的技术标准为各元素按Fe：P：Li＝1：1：1 的摩尔比，因此含量不足的元素按Fe：P：Li＝1：1：1的摩尔比在碱性条件下进 行补料，若测定的Fe元素含量最高，则添加P元素和Li元素进行补料；若测定 的P元素含量最高，则添加Fe元素和Li元素进行补料；若测定的Li元素含量最 高，则步骤3)中添加Fe元素和P元素进行补料；补料时，Fe元素采用硫酸亚铁、 氯化亚铁和碳酸亚铁中的一种或几种，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界水原位修复废旧磷酸铁锂锂电池正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将废旧磷酸铁锂锂电池电极材料拆解破碎后分选出废旧正极材料；2)将废旧正极材料置于超临界水体系中，测定体系中的Fe、P和Li元素的含量；3)向体系中添加与标准成品正极材料相比含量不足的元素进行补料，以使体系中的Fe、P和Li元素达到设定摩尔比；4)补料后废旧正极材料在超临界水体系中进行原位修复，超临界水体系的条件是：水温度＞374℃，压力＞22.1MPa，原位修复时间为40min～60min；5)原位修复后进行浮选去除导电剂和残余碳化材料；6)浮选后进行过滤，并对滤料进行烘干，即得成品磷酸铁锂锂电池正极材料。2.根据权利要求1所述的一种超临界水原位修复废旧磷酸铁锂锂电池正极材料的方法，其特征在于，所述步骤1)中采用泡沫分选。3.根据权利要求1所述的一种超临界水原位修复废旧磷酸铁锂锂电池正极材料的方法，其特征在于，所述步骤2)中采用ICP检测测定体系中的Fe、P和Li元素的含量。4.根据权利要求1所述的一种超临界水原位修复废旧磷酸铁锂锂电池正极材料的方法，其特征在于，所述步骤3)中含量不足的元素按Fe：P：Li＝1：1：1的摩尔比在碱性条件下进行补料。5.根据权利要求4所述的一种超临界水原位修复废...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国锐，张志杰，延卫，丁书江，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：