一种正极材料的回收再利用方法及其再生膜技术

本发明专利技术提供了一种正极材料的回收再利用方法及其再生膜，涉及锂离子电池材料技术领域，包括步骤：收集正极膜制备过程中产生的正极材料边角料、粉碎得到粗料；将粗料进行加热，使粘结剂纤维熔融再结晶，得到热处理后的粗料；然后开炼、纤维化重组，得到的粗膜进行减薄成膜处理，得到最终的再生膜。本发明专利技术方法安全无毒、成本低，不仅回收再利用了电池正极材料的边角料，且制备的再生膜质量同原始正极膜的性能相当，保证了再生膜成品的一致性。保证了再生膜成品的一致性。保证了再生膜成品的一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种正极材料的回收再利用方法及其再生膜


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料
，具体涉及一种正极材料的回收再利用方法及其再生膜。

技术介绍

[0002]随着电动汽车、便携式消费电子产品的推广应用和大规模储能的快速发展，不仅仅为电池的能量密度、容量保持率、循环效率和电池拉伸强度提出了更高的要求，而且锂离子电池的制造成本需要进一步降低，同时制造过程中产生的污染问题也亟待解决。
[0003]目前，锂离子电池的制备主要有湿法涂布技术、干法电极制备技术。其中，湿法涂布技术通过干粉与含有溶剂的粘结剂搅拌混合形成浆料，期间不断加入溶剂调节浆料的粘度，将浆料涂布于集流体上，经过烘干制备电极。而湿法涂布技术存在以下缺点：工艺复杂，环境污染高、在正极浆料的制备过程中使用了大量的有毒有害有机溶剂，固废难以循环利用，增加了成本；近年来，干法制膜技术逐渐受到行业重视，在制备锂电池时避免了该方法未使用任何溶剂，可以显著简化制造工艺，并提升电池性能。
[0004]中国专利技术专利CN115275110A公开了一种正极干法成膜制备工艺及正极干法膜片，将三元正极材料、SP(导电炭黑)、PTFE(聚四氟乙烯)混合搅拌，得到预混物；将预混物纤维化、烘烤得到棉花糖状混合物；再进行密炼，反复折叠，并进行多次辊压处理，得到较厚的膜片；最后对较厚的膜片进行减薄处理，制成正极干法膜片，该工艺简单、减少了物料的浪费、人工及物料成本低，可提升生产效率及生产效益。
[0005]中国专利技术专利CN114171710A公开了一种干法电极膜的原位制备方法及其干法电极，在露点为
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25
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65℃条件下，将活性材料干粉、聚合物粘结剂干粉、导电剂干粉预混后，置于挤出机中通过50
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150℃辐射加热、使混合物原位交联反应，挤出形成干法电极膜。该方法中所用粘结剂为50
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120℃低熔点的粘合剂，通过使用本专利技术的低熔点粘结剂所形成的干法电极技术，正负极电极膜的厚度得到提高，即单位面积上活性物质载量提升，因此能量密度提升；低熔点的粘结剂可以与不同密度的活性物质干粉、导电剂干粉形成均一性、接触性良好的混合物，有利于提升电池循环性能、容量保持率和循环效率。
[0006]虽然电极膜的发展迅速，根据统计，2025年全球锂电正极材料需求从2020年的47万吨增至190万吨。国内锂电正极材料需求量预计到2025年达到46.8万吨，LFP(磷酸铁锂)需求34.7万吨，LCO(钴酸锂)需求5.3万吨。但是，根据湿法涂布在电池生产中的技术资料显示，会出现2％左右的电极涂布、裁片工艺的边角料，而在干法制膜技术中，这一边角料的产生量会显著增加，主要来源于电极膜逐级减薄工艺中的多次切边。这一电极边角料的产生量是巨大的，若对其进行再加工利用，多次热压后的电极膜的纤维化状态和初料的纤维化状态完全不同，不作处理的情况下直接回料制膜，易导致电极成膜不均匀，从而引起干法膜褶皱、开裂及断带。因此，对于电池的成产和技术研究来说，提供一种高容量保持率、高循环效率的、充分高效利用正极材料边角料制备正极材料的方法至关重要。
[0007]鉴于此，为了回收再利用干法制膜过程中的正极边角料，降低干法电极的制备成
本，并保证干法电极的成膜质量，亟需开发一种制备过程中边角料的回收再利用方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术存在的问题，提供了一种正极材料的回收再利用方法及其再生膜，将干法制膜过程中的正极边角料进行回收后，粉碎、加热使粘结剂纤维熔融再结晶，然后进行纤维化重组，制成粗膜，粗膜经过减薄进行最后的成膜处理，制备得到再生膜。该方法不仅回收再利用了边角料，且制备的再生膜质量同原始正极膜的性能相当。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]一方面，本专利技术提供了一种正极材料的回收再利用方法，包括步骤：
[0011]S1、粗碎：收集正极膜制备过程中产生的正极材料边角料，破碎成0.2
‑
1.0cm的粗料；
[0012]S2、热处理：将粗料进行加热，使粘结剂纤维熔融再结晶，得到热处理后的粗料；
[0013]S3、出片：将热处理后的粗料进行开炼、纤维化重组，出片得到厚度为0.5
‑
2.0cm的粗膜；
[0014]S4、成膜：将粗膜通过多辊减薄设备进行成膜处理，得到再生膜。
[0015]本专利技术中，所述正极材料为干法电极工艺中的干法正极膜材料。
[0016]本专利技术中，所述正极材料包括组分：活性材料、导电材料和粘结剂。
[0017]本专利技术中，所述正极材料中的活性材料为能可逆嵌入脱出的含锂化合物。
[0018]优选地，所述正极材料中的活性材料选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰基中的至少一种。
[0019]进一步优选地，所述正极材料中的活性材料选自磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂中的至少一种。
[0020]本专利技术中，所述正极材料中的导电材料选自导电炭黑、导电石墨、乙炔黑、碳纤维VGCF、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。
[0021]本专利技术中，所述正极材料中，所使用的粘结剂选自聚四氟乙烯(PTFE)和/或改性聚四氟乙烯。
[0022]优选地，所述正极材料中各组分的质量比为，活性材料：导电材料：粘结剂＝80
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95：3
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15：2
‑
5。
[0023]进一步优选地，所述正极材料中各组分的质量比为，活性材料：导电材料：粘结剂＝82
‑
90：7
‑
13：3
‑
5。
[0024]优选地，步骤S1中，所述破碎选自剪切破碎、挤压破碎、劈裂破碎、冲击破碎中的至少一种。
[0025]进一步优选地，所述破碎为剪切破碎。
[0026]更进一步优选地，所述破碎，在破碎设备中破碎0.5
‑
2h，剪切转速为100
‑
300r/min，粗料的d50为0.2
‑
0.8cm。
[0027]更进一步优选地，所述破碎，在破碎设备中破碎1h，剪切转速为200r/min，粗料的d50为0.35
‑
0.6cm。
[0028]优选地，步骤S2中，所述加热的温度为200
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350℃，加热时间为0.5
‑
3h。
[0029]进一步优选地，所述加热的温度为280
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330℃，加热时间为1
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2.5h。
[0030]更进一步优选地，所述加热的温度为300
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330℃，加热时间为1
‑
2h。
[0031]本专利技术步骤S2中，所述加热的过程需要不断搅拌。
[0032]优选地，步骤S3中，所述开炼的开炼辊温度控制在150
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极材料的回收再利用方法，其特征在于，包括步骤：S1、粗碎：收集正极膜制备过程中产生的正极材料边角料，破碎成0.2
‑
1.0cm的粗料；S2、热处理：将粗料进行加热，使粘结剂纤维熔融再结晶，得到热处理后的粗料；S3、出片：将热处理后的粗料进行开炼、纤维化重组，出片得到厚度为0.5
‑
2.0cm的粗膜；S4、成膜：将粗膜通过多辊减薄设备进行成膜处理，得到再生膜。2.根据权利要求1所述的回收再利用方法，其特征在于，所述正极材料为干法电极工艺中的干法正极膜材料；所述正极材料包括组分：活性材料、导电材料和粘结剂；所述正极材料中的活性材料为能可逆嵌入脱出的含锂化合物。3.根据权利要求2所述的回收再利用方法，其特征在于，所述的活性材料选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、富锂锰基中的至少一种。4.根据权利要求2所述的回收再利用方法，其特征在于，所述的导电材料选自导电炭黑、导电石墨、乙炔黑、碳纤维VGCF、碳纳米管、石墨烯中的至少一种；所述的粘结剂选自聚四氟乙烯和/或改性聚四氟乙烯。5.根据权利要求2所述的回收再利用方法，其特征在于，所述正极材料中各组分的质量比为，活性材料：导电材料：粘结剂＝80
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【专利技术属性】
技术研发人员：郜明文，陈琪，张开周，
申请(专利权)人：宝晟苏州能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：