一种废旧锂离子电池的再生处理方法技术

本发明专利技术涉及电池回收处理技术领域，具体为一种废旧锂离子电池的再生处理方法。首先对废旧LFP电极原料进行高温除碳处理，然后加入LiOH

【技术实现步骤摘要】
一种废旧锂离子电池的再生处理方法


[0001]本专利技术涉及电池回收处理
，具体为一种废旧锂离子电池的再生处理方法。

技术介绍

[0002]磷酸铁锂电池作为主流的汽车动力电池之一，随着世界各地电动汽车使用量的增大，磷酸铁锂电池的用量也在急剧增加。中国汽车技术研究中心数据显示，2020年我国动力电池累计退役总量约为20万吨，到2025年，这一数字将升至约78万吨，退役动力电池很可能在2027年前后突破年100万吨的大关。因此，不久将需要处理大量的废旧磷酸铁锂电池，动力电池回收是解决资源焦虑的一大途径。为了充分利用磷酸铁锂电池，梯次利用是首选，但是对于那些已损坏的或梯次利用之外的废旧LiFePO4电池，回收再生成为关注的热点之一，对于高效回收利用，符合可持续发展的要求。
[0003]废旧磷酸铁锂回收是复杂的能耗过程，其中包括固相焙烧湿法、冶金浸出工艺。在固相焙烧过程中，废旧磷酸铁锂的再生受加热速率、煅烧温度和煅烧时间等因素的影响。LIU W,ZHONG X,HAN J,et al.Kinetic Study and Pyrolysis Behaviors of Spent LiFePO
4 Batteries[J].ACS Sustainable Chemistry&Engineering,2018,7(1):1289
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99.报道了通过添加新鲜的磷酸铁锂后重新固相烧结生成磷酸铁锂，容量可以达到120mAh g
‑1。Chen X,Li J,Kang D,etal.A novel closed
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loop process for the simultaneous recovery of valuable metals and iron from amixed type of spent lithium
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ion batteries[J].Green Chemistry,2019,21(23):6342
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52.开发了固相回收工艺，在650℃下热处理废旧LiFePO4材料可消除杂质相，例如可去除含有的FePO4、Fe2O3、P2O5和Li3PO4。废旧的LiFePO4材料往往具有含锂量不足等特点，Li L,Bian Y,Zhang X,et al.A green and effective room
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temperature recycling process of LiFePO
4 cathode materials for lithium
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ion batteries[J].Waste Manag,2019,85:437
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44.发现含有Li2CO3的废旧LiFePO4在650℃煅烧温度的电化学性能优于其他煅烧温度。由于废LiFePO4性能较差的主要原因为缺锂，Liu K,Tan Q,Liu L,et al.Acid
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Free and Selective Extraction of Lithium from Spent Lithium Iron Phosphate Batteries via a Mechanochemically Induced Isomorphic Substitution[J].Environ Sci Technol,2019,53(16):9781
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8.通过预锂化石墨的方法实现了废旧LiFePO4性能的提升。上述文献研究表明，要获得更好性能的再生磷酸铁锂方法，可从两个方面着手：1.除去LiFePO4中的杂质；2.减小LiFePO4粉体的粒径。
[0004]基于LiFePO4电池的衰减机理及电极材料的充放电特点，正极LiFePO4材料结构稳定，而活性Li的损失是电池容量衰减的主要原因之一。因此，LiFePO4材料具有通过补充活性Li及其它损失元素直接修复的潜力。目前，主要的修复方法有直接高温处理及添加相应的元素源后高温处理等方法，通过除杂、补充元素源等方式起到修复作用，进而提高回收材料的电化学性能。
[0005]因此，本专利技术提出了一种废旧锂离子电池的再生处理方法来解决以上问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种废旧锂离子电池的再生处理方法，具备能够对废旧电池进行再生制造，降低废旧电池的环境污染，提高废旧电池的经济效益等优点，解决了废旧电池处理困难，对环境污染大，经济效益低的问题。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：一种废旧锂离子电池的再生处理方法，包括以下步骤：
[0008]1)、首先对废旧LFP电极原料进行高温除碳处理，在100g除碳后的粉料中加入168mg的LiOH
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H2O、15mL的乙二醇，搅拌混合并加入适量H3PO4中和调节体系pH值为6，充分混合后将混合液转至聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将其放入烘箱，调节温度为170℃并保持10h；
[0009]2)、待反应结束自然冷却后，取出反应物，离心分离，并使用去离子水和乙醇交替洗涤数次，而后将固相沉淀物在真空干燥箱中80℃干燥12h使其彻底干燥；干燥后所得粉末研磨后，置于管式炉中，在Ar氛围中以5℃/min速度程序升温至600℃并保温2h，所得即为再生LiFePO4粉末。
[0010]作为本专利技术的进一步优化：所述步骤1)中高温除碳处理具体步骤为：取废旧LFP电极原料置于马弗炉中，在空气氛围中煅烧以高温除杂，煅烧温度为600℃，煅烧时间为20h。
[0011]进一步，本专利技术利用所述再生处理方法得到的再生LiFePO4粉末制备再生锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：
[0012]取一定量聚偏氟乙烯(PVDF)粉末，与N
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甲基吡咯烷酮(NMP)混合，并充分搅拌2～4h制备成5％的PVDF溶液待用；取再生LiFePO4电极材料70mg，导电炭黑(super P)20mg，PVDF溶液10mg置于球磨罐中，滴加1mL N
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甲基吡咯烷酮(NMP)；置于行星式球磨机中球磨3～4h，充分混合制得浆料；浆料准备好后用涂覆器均匀地涂抹到平整、擦拭干净的铝箔上；涂抹后的极片置于80℃的真空干燥箱中干燥12h；干燥后的极片经辊压机辊压均匀，然后在切片机上切片成型。
[0013]与现有技术相比，本专利技术提供了具备以下有益效果：
[0014]本专利技术利用水热法对废旧LiFePO4电极材料进行元素补偿和结构重塑，再经过高温煅烧再生修复，再生后的LiFePO4材料颗粒更小、形状更均匀。经测试，再生后电极材料循环性能稳定，倍率能力优异。通过对比，从电化学性能及经济效益两个角度，水热法补充元素并进行结构重塑、再进行高温煅烧的方法，比湿法再生的LiFePO4表现出更大的优越性，具备更低耗能、无二次污染的优点。
附图说明
[0015]图1为不同温度高温处理制备粉料的XRD图谱。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧锂离子电池的再生处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、首先对废旧LFP电极原料进行高温除碳处理，在100g除碳后的粉料中加入168mg的LiOH
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H2O、15mL的乙二醇，搅拌混合并加入适量H3PO4中和调节体系pH值为6，充分混合后将混合液转至聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜中，将其放入烘箱，调节温度为170℃并保持10h；2)、待反应结束自然冷却后，取出反应物，离心分离，并使用去离子水和乙醇交替洗涤数次，而后将固相沉淀物在真空干燥箱中80℃干燥12h使其彻底干燥；干燥后所得粉末研磨后，置于管式炉中，在Ar氛围中以5℃/min速度程序升温至600℃并保温2h，所得即为再生LiFePO4粉末。2.如权利要求1所述的再生处理方法，其特征在于，所述步骤1)中高温除碳处理具体步骤为：取废旧LFP电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘念祖，刘伶俐，刘峤，徐农，董强，袁帅帅，余磊，薛海峰，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：