一种废旧NCM523型三元锂电池正极材料回收再生方法技术

本发明专利技术公开了一种废旧NCM523型三元锂电池正极材料回收再生方法，包括如下步骤：预处理；焙烧还原：将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极粉末在还原气体摩尔比3:1的氢气和氮气混合气中进行高温还原处理，焙烧后正极材料中的锂、镍、钴、锰几乎完全转化为Li2OH、Ni、Co、MnO的形式存在；酸浸处理：还原后的正极粉末经柠檬酸和酒石酸浸出处理，浸出结束后，滤液经过滤膜过滤，测定滤液中金属离子的含量；LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料再生。本发明专利技术可实现对废旧锂电池进行无害化处理与资源化利用，同时，便于LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料再生，解决回收高成本、高能耗问题。高能耗问题。高能耗问题。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧NCM523型三元锂电池正极材料回收再生方法


[0001]本专利技术涉及锂电池处理
，尤其涉及一种废旧NCM523型三元锂电池正极材料回收再生方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着社会快速发展，对化石能源的消耗越来越严重，这促使能源供给方式发生新的转变，即从传统能源向新能源转变。其中，锂离子电池(Lithium ion batteries，简称LIBs)作为新能源的典型代表之一，相比传统镍镉电池、铅酸电池以及镍铜电池而言锂离子电池具有可循环、容量高、寿命长、安全性能高、无记忆效应等优点，因此锂离子电池自问世以来便得到快速发展，并作为一种良好的储能装置被广泛的应用到各个领域，如国家电网、电子设备、动力汽车等领域。
[0003]锂离子电池的组成部分包括正极材料、负极材料、隔膜、粘结剂、导电剂等，其中正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂以及三元材料(镍钴锰酸锂)等，正极材料从含量上来说约占40％，对电池的性能起到决定性作用。目前，钴酸锂因其出色的电化学性能已被商业化应用，但钴金属价格昂贵，因此现在锂离子电池已开始从钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂以及镍钴酸锂电池向三元锂电池发展。锂离子电池一般服役3～5年后变为废旧电池，经过梯级利用后最终会成为退役电池。随着锂离子电池的大量使用，退役电池数量近些年出现井喷式增长。据有关学者预测，预计2025年全球锂离子电池回收市场将达64万余吨，其中中国市场将约占全球市场的2/3，因此，对退役锂离子电池的治理刻不容缓。
[0004]典型锂离子电池(三元锂电池)正极材料中含有Li、Co、Ni、Mn等关键组元，其中钴、镍、锰作为重金属元素具有严重的污染性，使环境pH升高，若不进行有效处理就随意堆放会造成巨大环境隐患，甚至危害人类生命健康。退役三元正极材料中的Li、Co、Ni具有较高的回收价值，金属Li均价54万/吨，金属Co均价60万/吨，金属Ni均价11万/吨，金属Mn均价2万/吨，从退役锂离子电池中回收锂、钴、镍、锰具有显著的经济效益。此外，我国的钴锂资源储存量少，在矿石中的赋存程度低，而钴、锂金属在退役电池正极材料中占有较高的比例，以此为原料回收钴锂金属可以缩短冶炼工艺，缓解资源压力。因此，对退役锂离子电池进行无害化处理与资源化利用是现在新能源企业面临的一大挑战。

技术实现思路

[0005]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种废旧NCM523型三元锂电池正极材料回收再生方法。
[0006]本专利技术提出的一种废旧NCM523型三元锂电池正极材料回收再生方法，包括如下步骤：
[0007]S1预处理；
[0008]将废旧锂电池置于50g/l氯化钠水溶液中放电处理，手动拆解获得电池铝箔包覆的正极活性材料；
[0009]将铝箔包覆的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极活性材料裁剪成1
×
1cm左右的薄片，置于NMP溶液中超声辅助脱离铝箔，获得正极活性材料；
[0010]将获得的正极活性材料低温热解去除正极活性材料中的粘结剂PVDF，获得较为纯净的正极粉末，75℃干燥后，研磨均匀；
[0011]S2焙烧还原：
[0012]将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极粉末在还原气体摩尔比3:1的氢气和氮气混合气中进行高温还原处理，焙烧后正极材料中的锂、镍、钴、锰几乎完全转化为Li2OH、Ni、Co、MnO的形式存在；
[0013]S3酸浸处理：
[0014]还原后的正极粉末经柠檬酸和酒石酸浸出处理，浸出结束后，滤液经过滤膜过滤，测定滤液中金属离子的含量；
[0015]S4 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料再生：
[0016]补充镍、钴、锰、锂元素摩尔比为0.5：0.2:0.3:1.05,且金属总离子量与混合有机酸大致摩尔比为1.5：1，加入氨水调节溶液PH＝8，溶液在80℃下水浴加热并快速搅拌直至形成凝胶，凝胶样品在120℃下真空干燥48h得到干凝胶，干凝胶经450℃马弗炉煅烧6h去除多余有机物，煅烧后的材料研磨30min,过筛处理，900℃马弗炉煅烧12h，得到正极材料。
[0017]优选的，所述步骤S1废旧锂电池为，废旧NCM523型三元锂电池，废旧NCM523型三元锂电池手动拆解获得外壳、隔膜和正极活性材料。
[0018]优选的，所述步骤S2焙烧还原的反应炉在2小时升温至450℃，保持450℃还原反应3.5h。
[0019]优选的，所述柠檬酸和酒石酸摩尔比为1：1。
[0020]优选的，所述步骤S3浸出条件：柠檬酸与焙烧后的正极粉末固液比20g/l,柠檬酸浓度1mol/l，浸出温度70℃，浸出时间1.5h,浸出过程转子转速400r/min。
[0021]优选的，所述步骤S4采用的金属盐分别为乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰、乙酸锂。
[0022]本专利技术中，所述一种废旧NCM523型三元锂电池正极材料回收再生方法，采用高温氢还原的焙烧还原法将正极材料中的锂、镍、钴、锰几乎完全转化为Li2OH、Ni、Co、MnO的形式存在；然后通过酸浸处理得到金属酸浸液；再通过混合有机酸，得到凝胶并煅烧得到正极材料；
[0023]本专利技术可实现对废旧锂电池进行无害化处理与资源化利用，同时，便于LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料再生，解决回收高成本、高能耗问题。
附图说明
[0024]图1为本专利技术提出的一种废旧NCM523型三元锂电池正极材料回收再生方法的电池回收工艺流程图；
[0025]图2为本专利技术提出的一种废旧NCM523型三元锂电池正极材料回收再生方法的正极材料再生示意图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0027]参照图1
‑
2，一种废旧NCM523型三元锂电池正极材料回收再生方法，包括如下步骤：
[0028]S1预处理；
[0029]将废旧锂电池置于50g/l氯化钠水溶液中放电处理，手动拆解获得电池铝箔包覆的正极活性材料；
[0030]将铝箔包覆的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极活性材料裁剪成1
×
1cm左右的薄片，置于NMP溶液中超声辅助脱离铝箔，获得正极活性材料；
[0031]将获得的正极活性材料低温热解去除正极活性材料中的粘结剂PVDF，获得较为纯净的正极粉末，75℃干燥后，研磨均匀；
[0032]S2焙烧还原：
[0033]将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极粉末在还原气体摩尔比3:1的氢气和氮气混合气中进行高温还原处理，焙烧后正极材料中的锂、镍、钴、锰几乎完全转化为Li2OH、Ni、Co、MnO的形式存在；
[0034]S3酸浸处理：
[0035]还原后的正极粉末经柠檬酸和酒石酸浸出处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧NCM523型三元锂电池正极材料回收再生方法，其特征在于，包括如下步骤：S1预处理；将废旧锂电池置于50g/l氯化钠水溶液中放电处理，手动拆解获得电池铝箔包覆的正极活性材料；将铝箔包覆的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极活性材料裁剪成1
×
1cm左右的薄片，置于NMP溶液中超声辅助脱离铝箔，获得正极活性材料；将获得的正极活性材料低温热解去除正极活性材料中的粘结剂PVDF，获得较为纯净的正极粉末，75℃干燥后，研磨均匀；S2焙烧还原：将LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极粉末在还原气体摩尔比3:1的氢气和氮气混合气中进行高温还原处理，焙烧后正极材料中的锂、镍、钴、锰几乎完全转化为Li2OH、Ni、Co、MnO的形式存在；S3酸浸处理：还原后的正极粉末经柠檬酸和酒石酸浸出处理，浸出结束后，滤液经过滤膜过滤，测定滤液中金属离子的含量；S4 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料再生：补充镍、钴、锰、锂元素摩尔比为0.5：0.2:0.3:1.05,且金属总离子量与混合有机酸大致摩尔比为1.5：1，加入氨水调节溶液PH＝8，溶液在80℃下水浴加热并快速搅拌直至形成凝胶，凝胶样品在120℃下真空干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨希峰，仇汝臣，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：