一种废旧锂电池正极材料的修复及再利用方法技术

本发明专利技术公开了一种废旧锂电池正极材料的修复及再利用方法，通过电化学修复联合微波高温烧结修复废旧锂电池正极材料，能够有效恢复正极材料中LiCoO2晶体结构，使得其实现再生利用，本发明专利技术方法工作电压低、消耗能量少、反应速度快、无二次污染产生，适于大面积推广。适于大面积推广。适于大面积推广。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧锂电池正极材料的修复及再利用方法


[0001]本专利技术属于废旧电池回收利用
，具体涉及到一种废旧锂电池正极材料的修复方法。

技术介绍

[0002]锂电池因其具有体积小、质量轻、无自放电、污染小、能量高以及工作电压高等优点，被广泛应用于电动汽车以及各种电子设备当中，而随着这些行业的不断发展，废旧锂电池的产量也逐年增加。
[0003]废旧锂电池一般由正极材料、负极材料、外壳、隔膜和电解质组成，其中正极材料包括有导电剂、正极活性材料、粘结剂，正极活性材料多为镍钴锰酸锂、碳酸锂、钴酸锂等过渡态金属氧化物；负极材料多为石墨和粘结剂。正极活性材料中富含镍、钴、锰、锂等金属材料，所以具有很高的回收利用价值，尤其是以LiCoO2为正极活性材料的废旧锂电池，具有资源与污染的双重属性。
[0004]目前，针对以LiCoO2为正极活性材料的废旧锂电池的处理方式主要是回收正极材料中的有价金属，其主要方法包括干法冶金发、湿法冶金发、生物冶金法等，但都需要对正极材料进行破碎，且在处理过程中均存在污染问题。如干法冶金法处理过程中会产生大量的废气，燃烧不充分也会影响有价金属的回收；湿法冶金法需要对破碎正极材料进行酸浸，因此存在如何提高有价金属的浸出以及对后续浸出废液如何处理等问题；而生物冶金法存在微生物培养困难、培养周期长、浸出速率慢等问题，也即，现有回收方法普遍存在成本高，且不能充分回收利用废旧锂电池等问题。
[0005]而除了对废旧锂电池中有价金属进行回收，直接对废旧锂电池正极材料进行再生也是当下的研究热点：例如采用固相法直接再生正极材料，将从废旧锂电池上拆下的正极材料与锂源经球磨后充分混合，在900℃条件下煅烧12h，可使正极材料再生，但该方法能源消耗巨大，经济效益差；熔融盐法需要配置不同的共晶熔盐体系，通过共晶熔盐体系可以对废旧的正极材料进行再生，该方法对于作为锂源的锂盐的用量以及再生过程中的反应时间要严格控制，且对于不同失效程度的LiCoO2正极材料具有不同的适用性，因此该方法使用要求高，具有一定的限制性；水热法则是将失效的LiCoO2正极材料与提供锂源的溶液一同放入水热反应釜中，实现锂的补充达到，再通过后续退火处理达到正极材料再生的目的，该方法需要在高压情况下完成补锂，因此存在一定的危险性，同时后续退火处理同样存在能耗高的缺点；而低共熔溶剂法，虽在常压下进行，但需要对正极材料结构破坏，再生后要对正极材料进行再合成，流程繁琐，经济效益低。因此，亟需要提供一种新的方法来回收利用以LiCoO2为正极活性材料的废旧锂电池。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部
分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种废旧锂电池正极材料的修复方法。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
[0010]废旧锂电池进行放电处理后拆解分离，得到废旧LiCoO2正极极片；
[0011]以废旧LiCoO2正极极片作为负极，铂板或活性碳作为正极，饱和KCl的Ag/AgCl作为参比电极，富含Li
+
的溶液作为锂源溶液，各电极浸入锂源溶液中，外加直流电以及控制电位作为电化学工作站，搭建得到电化学修复装置；
[0012]启动电化学工作站进行电化学修复，待阴极电位稳定，取下废旧LiCoO2正极极片，放入微波烧结炉中进行高温烧结，结束后取出极片，将LiCoO2正极材料从极片上刮离，即得修复完成的LiCoO2正极材料。
[0013]作为本专利技术所述废旧锂电池正极材料的修复方法的一种优选方案，其中：所述废旧锂电池完全达到使用寿命。
[0014]作为本专利技术所述废旧锂电池正极材料的修复方法的一种优选方案，其中：所述电化学修复装置中，正负电极之间间距为5～10cm，参比电极与阴极之间的电位为
‑
1.2v～1.2v。
[0015]作为本专利技术所述废旧锂电池正极材料的修复方法的一种优选方案，其中：所述锂源溶液包括Li2SO4溶液、LiCl溶液和LiNO3溶液中的一种。
[0016]作为本专利技术所述废旧锂电池正极材料的修复方法的一种优选方案，其中：所述锂源溶液的浓度为0.5～2mol/L。
[0017]作为本专利技术所述废旧锂电池正极材料的修复方法的一种优选方案，其中：锂源溶液的pH值为5～7。
[0018]作为本专利技术所述废旧锂电池正极材料的修复方法的一种优选方案，其中：所述电化学修复，其中，阴极电流密度为
‑
0.1～
‑
1mA/cm2。
[0019]作为本专利技术所述废旧锂电池正极材料的修复方法的一种优选方案，其中：所述高温烧结的温度为400～800℃，烧结时间为0.5～2h。
[0020]本专利技术的再一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种废旧锂电池正极材料的再利用方法。
[0021]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
[0022]通过废旧锂电池正极材料的修复方法方法修复得到的废旧锂电池正极材料的再利用，包括，
[0023]以炭黑为导电剂，聚四氟乙烯为粘结剂，与修复得到的再生锂电池正极材料通过压片法重新制作成电极，再次应用于制备锂电池。
[0024]作为本专利技术所述废旧锂电池正极材料的再利用方法的一种优选方案，其中：所述再生锂电池正极材料作为正极制备的锂电池，经过200次充放电循环后容量保持率达90％以上。
[0025]本专利技术有益效果：
[0026](1)本专利技术通过直流电场下电场力的作用使得锂源溶液中的Li
+
可以被嵌入到正
极材料LiCoO2晶体层状结构当中，相比现有技术中的低共熔溶剂法、固相法等再生方法，本专利技术无需对正极材料进行破碎、浸出，在原有的基础上直接进行再生，减少了资源浪费。
[0027](2)本专利技术采用的微波高温烧结相比较退火处理、高温煅烧等其他高温修复方式，具有更快的加热速度，在本专利技术已经通过电化学补锂的前提下，微波烧结用以恢复LiCoO2晶体结构，所需时间更短，能量消耗少，同时能够除去补锂过程中吸附在LiCoO2表面的Li
+
与结晶水。
[0028](3)本专利技术通过电化学修复联合微波高温烧结修复废旧锂电池正极材料，能够有效恢复正极材料中LiCoO2晶体结构，所得到晶体小，表面更加光滑，具有工作电压低、消耗能量少、反应速度快、无二次污染产生等优点。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧锂电池正极材料的修复方法，其特征在于：包括，废旧锂电池进行放电处理后拆解分离，得到废旧LiCoO2正极极片；以废旧LiCoO2正极极片作为负极，铂板或活性碳作为正极，饱和KCl的Ag/AgCl作为参比电极，富含Li
+
的溶液作为锂源溶液，各电极浸入锂源溶液中，外加直流电以及控制电位作为电化学工作站，搭建得到电化学修复装置；启动电化学工作站进行电化学修复，待阴极电位稳定，取下废旧LiCoO2正极极片，放入微波烧结炉中进行高温烧结，结束后取出极片，将LiCoO2正极材料从极片上刮离，即得修复完成的LiCoO2正极材料。2.如权利要求1所述的废旧锂电池正极材料的修复方法，其特征在于：所述废旧锂电池完全达到使用寿命。3.如权利要求1所述的废旧锂电池正极材料的修复方法，其特征在于：所述电化学修复装置中，正负电极之间间距为5～10cm，参比电极与阴极之间的电位为
‑
1.2v～1.2v。4.如权利要求1所述的废旧锂电池正极材料的修复方法，其特征在于：所述锂源溶液包括Li2SO4溶液、LiCl溶液和LiNO3溶液中的一种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，顾昔，潘伟杰，何德成，毛林强，王晓，陈煜倩，彭明国，高丙莹，张文艺，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：