一种基于水热法再生废旧磷酸铁锂正极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于水热法再生废旧磷酸铁锂正极材料的方法，包括以下步骤：高温煅烧磷酸铁锂正极片获取待处理活性物质粉料；将待处理活性物质粉料与有机还原剂均匀混合获取待处理混合物；待处理混合物放置于烘箱中加热获取待处理粉末；将待处理粉末与碳源均匀混合；在惰性气体保护氛围中高温煅烧获取再生的磷酸铁锂粉末材料。选择有机还原剂有助于直接精准修复磷酸铁锂晶格缺陷，同时通过对水热釜加热温度和时间的选择，控制再生磷酸晶体的大小，从而优化修复的磷酸铁锂正极材料的性能，选择合适的碳源实现磷酸铁锂表面碳涂层的形成，同时作为还原剂还原磷酸铁锂，显著降低能源消耗和温室气体排放，具有很大的环境效益。具有很大的环境效益。具有很大的环境效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水热法再生废旧磷酸铁锂正极材料的方法


[0001]本专利技术涉及新能源材料资源化利用
，尤其涉及一种基于水热法再生废旧磷酸铁锂正极材料的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)被广泛应用于移动电话和笔记本电脑等便携式电子设备的供电，并在电动汽车和可再生能源存储方面的大规模应用日益受到需求。据预测，从2015年到2024年，全球用于汽车的锂离子电池的消费量预计将达到2210亿美元。由于橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)具有低成本、无毒、高理论容量(170mAh/g)和良好的循环性能，被发现是应用于大型电动汽车或储能设施的优秀正极材料之一。
[0003]随着全球电动汽车使用量的增加，LiFePO4型锂离子动力电池的消耗量急剧增加，因此每年都有大量的LiFePO4电池从电动汽车中退役。梯次利用将是这些退役LiFePO4电池的首选选择。然而，对于那些报废的LiFePO4电池，很难梯次利用，将其拆解后回收有价值的元素是唯一的选择。
[0004]有资料显示，目前已经开发了一些回收工艺(萃取法、化学沉淀法、电解法和共沉淀法)，来回收废旧的锂离子电池，但这些工艺只适用于含Ni、Co元素的报废锂离子电池，不适用于不含Ni、Co元素的报废锂离子电池。此外，这些回收过程也存在一些明显的缺点：含有有害物质的电解质不能很好地回收或处理，使用无机酸和有机萃取剂，会造成二次污染，步骤复杂，设备要求高，成本高，附加值低。因此，为了环保和资源利用，有必要开发一种新的可行的废旧LiFePO4电池正极材料混合回收工艺。
[0005]中国专利文献CN111924819B公开了一种“废旧拆解磷酸铁锂正极材料回收再利用的方法”。将拆解磷酸铁锂废旧电池或极片得到磷酸铁锂粉体作为原料，其中粉体中铝含量为0.1
‑
0.8％，碳含量为1
‑
5％；将该原料加热至120
‑
3000C，加热0.5
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2小时，将原料中的有机物挥发，得到磷酸铁锂原料；用硫酸完全溶解该粉料，制备出碱式磷酸铁进一步精制得到磷酸铁前驱体；溶液除杂精制，沉淀出碳酸锂；将分离出的磷酸铁与碳酸锂煅烧制备出再生磷酸铁锂正极材料。上述技术方案对含有有害物质的电解质难以有效回收或处理，并且使用无机酸和有机萃取剂造成二次污染。

技术实现思路

[0006]本专利技术主要解决原有的技术方案对含有有害物质的电解质难以有效回收或处理，并且使用无机酸和有机萃取剂造成二次污染的技术问题，提供一种基于水热法再生废旧磷酸铁锂正极材料的方法，选择柠檬酸等有机还原剂有助于直接精准修复磷酸铁锂晶格缺陷，同时通过对水热釜加热温度和时间的选择，选择合适的温度和时间控制再生磷酸晶体的大小，从而优化修复的磷酸铁锂正极材料的性能，选择合适的碳源实现磷酸铁锂表面碳涂层的形成，同时作为还原剂还原磷酸铁锂，靶向治疗修复磷酸铁锂晶格缺陷，显著降低能源消耗和温室气体排放，具有很大的环境效益。
[0007]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本专利技术包括：以下步骤：
[0008]S1高温煅烧磷酸铁锂正极片获取待处理活性物质粉料；
[0009]S2将待处理活性物质粉料与有机还原剂均匀混合获取待处理混合物；
[0010]S3待处理混合物放置于烘箱中加热获取待处理粉末；
[0011]S4将待处理粉末与碳源均匀混合；
[0012]S5在惰性气体保护氛围中高温煅烧获取再生的磷酸铁锂粉末材料。
[0013]将待处理浅绿色粉末与乳糖均匀混合，随后放入到管式炉中，在Ar或N2保护氛围中煅烧，煅烧温度为600
‑
800℃，煅烧时间为5
‑
9h，最终获得再生LiFePO4正极材料。
[0014]作为优选，所述的步骤S1首先将磷酸铁锂电池中的磷酸铁锂正极片和负极石墨片分离，把磷酸铁锂正极片作为待处理材料，将磷酸铁锂正极片在惰性气体保护氛围中进行高温煅烧。在300
‑
500℃下进行煅烧，使得活性物质中的有机物或粘结剂失活、碳化。
[0015]作为优选，将磷酸铁锂正极片高温煅烧至磷酸铁锂正极片上的活性材料中的有机物或者粘结剂失活、碳化，并使磷酸铁锂粉末从极片中剥离获得待处理活性物质粉料。随后通过振荡等方式使磷酸铁锂粉末从极片中分离，并通过人工或机械方法研磨磷酸铁锂粉末，再将磷酸铁锂粉末在100
‑
400目的过筛网中过筛，获得第二步的待处理正极活性物质黑色粉料。
[0016]作为优选，所述的步骤S2具体包括，将待处理活性物质粉料与去离子水、磷酸二氢锂、氢氧化锂、有机还原剂置于水热釜中均匀混合获得待处理混合物。将待处理混合物放置于烘箱中加热，获得第四步待处理浅绿色粉末。
[0017]作为优选，所述的惰性气体包括氩气和氮气。在Ar或N2保护氛围中煅烧避免氧化反应产生不必要的杂质。
[0018]作为优选，所述的步骤S4的碳源为包括乳糖、蔗糖、果糖、葡萄糖、半乳糖、麦芽糖的还原性有机糖。选择合适的碳源不仅可以实现磷酸铁锂表面碳涂层的形成，还有益于作为还原剂还原磷酸铁锂。
[0019]作为优选，所述的步骤S2中磷酸二氢锂替换为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸一氢锂、磷酸中的一种。
[0020]作为优选，所述的步骤S2中的有机还原剂为包括柠檬酸、抗坏血酸、乳酸、琥珀酸、苹果酸、马来酸、氨基乙酸、甲酸、乙酸、酒石酸、水杨酸的还原性有机酸。柠檬酸等有机还原剂的选择有助于直接精准修复磷酸铁锂晶格缺陷。
[0021]本专利技术的有益效果是：选择柠檬酸等有机还原剂有助于直接精准修复磷酸铁锂晶格缺陷，同时通过对水热釜加热温度和时间的选择，选择合适的温度和时间控制再生磷酸晶体的大小，从而优化修复的磷酸铁锂正极材料的性能，选择合适的碳源实现磷酸铁锂表面碳涂层的形成，同时作为还原剂还原磷酸铁锂，靶向治疗修复磷酸铁锂晶格缺陷，显著降低能源消耗和温室气体排放，具有很大的环境效益。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的一种流程图。
[0023]图2是本专利技术的一种详细步骤图。
具体实施方式
[0024]下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。
[0025]实施例：本实施例的一种基于水热法再生废旧磷酸铁锂正极材料的方法，如图1、图2所示，包括以下步骤：
[0026]Step 1.将废旧的磷酸铁锂电池拆解后，利用人工或机械方法将磷酸铁锂正极片和负极石墨片分离，把磷酸铁锂正极片作为待处理材料。
[0027]Step2.将第一步待处理材料磷酸铁锂正极极片在惰性气体保护氛围中进行高温煅烧，使活性材料中的有机物或者粘结剂失活、碳化，并通过振荡等方式使磷酸铁锂粉末从极片中分离，获得第二步的待处理正极活性物质黑色粉料。
[0028]在本实施例的步骤step2中，首先将第一步待处理材料磷酸铁锂正极极片在氩气或氮气保护性氛围下，300
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水热法再生废旧磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1高温煅烧磷酸铁锂正极片获取待处理活性物质粉料；S2将待处理活性物质粉料与有机还原剂均匀混合获取待处理混合物；S3待处理混合物放置于烘箱中加热获取待处理粉末；S4将待处理粉末与碳源均匀混合；S5在惰性气体保护氛围中高温煅烧获取再生的磷酸铁锂粉末材料。2.根据权利要求1所述的一种基于水热法再生废旧磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于，所述步骤S1首先将磷酸铁锂电池中的磷酸铁锂正极片和负极石墨片分离，把磷酸铁锂正极片作为待处理材料，将磷酸铁锂正极片在惰性气体保护氛围中进行高温煅烧。3.根据权利要求2所述的一种基于水热法再生废旧磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于，将磷酸铁锂正极片高温煅烧至磷酸铁锂正极片上的活性材料中的有机物或者粘结剂失活、碳化，并使磷酸铁锂粉末从极片中剥离获得待处理活性物质粉料。4.根据权利要求1所述的一种基于水热法再生废旧磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：管敏渊，楼平，姚建锋，吴国强，韩磊，徐国华，周开运，朱开成，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司湖州供电公司，
类型：发明
国别省市：