一种废弃锂离子电池正极材料电化学锂化直接再生方法技术

本发明专利技术公开了一种废弃锂离子电池正极材料电化学锂化直接再生方法，首先，通过对废弃锂电池进行拆解，得到正极材料、石墨和隔膜。将正极材料和石墨/铂电极构成电化学装置，将含锂添加剂在水溶液、离子液体或者低共熔体试剂中溶解的溶液体系进行电化学反应。反应后，取出正极材料并通过两步焙烧过程，得到修复再生的正极粉末，该过程再生正极材料制备的电池的电化学性。电化学性。

【技术实现步骤摘要】
一种废弃锂离子电池正极材料电化学锂化直接再生方法


[0001]本专利技术属于环境保护
中的工业废物处理、资源化领域，尤其涉及一种废弃锂离子电池正极材料电化学锂化直接再生方法，是一种环保、高效的综合回收废弃锂电池正极材料的方法。

技术介绍

[0002]近年来，基于能源可持续发展、安全的要求，新能源汽车成为战略性新兴产业，市场高速增长。锂离子动力电池成为新能源汽车的核心部件。据统计，全球新能源汽车用锂电池2020年出货量达到158.2GWh（约合135万吨）。然而，锂离子电池循环寿命仅为8
‑
10年，预计到2030年全球锂电池报废量将达到1100万吨，但全球废弃锂离子电池的回收率却不足5%。随着新能源汽车产业的发展，围绕锂资源的争夺战也愈演愈烈。目前，锂电池正极材料的回收技术主要以传统的火法、湿法冶金为主，通过破坏正极材料化学结构，得到Li, Ni, Co和Mn的金属及化合物，回收过程存在能耗高、回收成本高、二次污染等突出问题。在废弃锂电池安全放电、正极材料分类分离和金属资源再生方面仍存在许多瓶颈性问题尚未解决。因此，废弃锂电池绿色、高效和低成本的回收不仅能产生高的经济价值，也是缓解全球稀缺资源供需矛盾、促进新能源产业可持续发展以及保护环境的必然要求。
[0003]目前，从废弃锂离子电池的回收方法主要集中于湿法冶金技术（如酸浸出法、全溶法等）和火法冶金技术（碳化焙烧还原法、氯化挥发法等）。湿法冶金技术通常是在酸性或碱性溶液中，通过化学试剂的氧化和络合等作用，将Li，Ni，Co，Mn等金属转化成水溶性离子，再通过化学沉淀、离子交换、萃取、吸附等方式实现金属元素的分离和提取过程，这些技术在应用过程中存在回收率低、消耗大量试剂及废液需要环保处理的问题。而如果能使得废弃锂电池的缺锂位点得到修复，这样就不需要通过化学冶金方法来分解锂正极材料。

技术实现思路

[0004]为解决以上技术问题，本专利技术的目的是提供一种废弃锂离子电池正极材料电化学锂化直接再生方法，即通过对废弃锂离子电池正极材料进行电化学锂化来直接再生废弃正极材料，整个过程环保，高效，无二次废物，实现废弃锂电池的环保、高效、低成本再利用。
[0005]实现本专利技术目的的具体技术方案如下：一种废弃锂离子电池正极材料电化学锂化直接再生方法，该方法包括如下步骤：
①
对废弃锂离子电池进行放电并拆解，得到锂电池正极材料、负极石墨和隔膜，取出正极材料；
②
将所述的正极材料在温度范围100~600
o
C下进行焙烧，焙烧时间在1h~24h；待冷却后，通过筛子筛分出含锂正极粉末和铝片；将含锂正极粉末、新的铝箔通过压片机，制造成含锂正极压片电极；通过ICP
‑
AES，测定其锂缺陷量；将正极压片电极放入电化学装置中，以正极压片电极作为阴极，石墨片或者铂片作为阳极，辅以参比电极，构成电化学装置；其中，所述的正极材料包括磷酸铁锂（LiFePO4）、锰酸锂（LiMn2O4）、钴酸锂（LiCoO2）、镍钴锰三
元材料（LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2(x: 0.01
‑
0.99, y: 0.01
‑
0.99)）和镍钴铝酸锂（LiNi
a
Co
b
Al1‑
a
‑
b
O2(a: 0.01
‑
0.99, b: 0.01
‑
0.99)）；
③
以LiX，其X为F、Cl、Br或I、LiOH、Li2CO3、LiNO3、Li3PO4、Li2SO4、Li2SO3、Li3BO3和Li2O中的一种或者几种作为锂添加剂，按照正极材料中的锂缺陷量即锂缺失含量范围0.0001%~99.9999%，确定锂添加剂的含量或者添加比例；若为多锂试剂混合添加，其添加配伍及比例按照LiX∶LiOH的添加比例范围在1~30；LiX∶Li2SO4的添加比例范围在1~20；LiX∶LiNO3的添加比例范围在1~20； LiX∶Li3PO4比例范围在1~25；LiX∶Li2SO4比例范围在1~20；LiX∶Li2SO3和LiX∶Li3BO3比例范围在1~20；
④ꢀ
将锂添加剂溶于一种或者几种低共熔试剂（氯化胆碱、咪唑、吡啶、尿素、乙二醇、柠檬酸、丙三醇）。锂添加剂与低共熔试剂的配比范围在0.1~100，低共熔试剂配比如下：氯化胆碱类低共熔试剂配比：氯化胆碱(C5H
14
ClNO):尿素(CON2H4)比例范围在1~5，氯化胆碱(C5H
14
ClNO):乙二醇(CH2OH)2) 比例范围在1~8, 氯化胆碱(C5H
14
ClNO):柠檬酸(C6H8O7)比例范围在1~8, 氯化胆碱(C5H
14
ClNO):丙三醇(C3H8O3)比例范围在1~5。
[0006]咪唑类低共熔试剂配比：咪唑(C3H4N2):尿素(CON2H4)比例范围在1~10，咪唑(C3H4N2):乙二醇(CH2OH)2比例范围在1~8, 咪唑(C3H4N2):柠檬酸(C6H8O7)比例范围在1~8, 咪唑(C3H4N2):丙三醇(C3H8O3)比例范围在1~5。
[0007]吡啶类低共熔试剂配比：吡啶(C5H5N):尿素(CON2H4)比例范围在1~10，吡啶(C5H5N):乙二醇(CH2OH)
2 比例范围在1~8, 吡啶(C5H5N):柠檬酸(C6H8O7)比例范围在1~8, 吡啶(C5H5N):丙三醇(C3H8O3)比例范围在1~8。
[0008]按照上述的锂添加剂与低共熔试剂混合溶液进行电化学恒定电流嵌锂，电化学反应条件为：正负极的电流范围为0.0001A~1
×
105A，锂添加剂浓度范围为0.001mol/l~1
×
105mol/l，反应时间范围为1min ~1000h, 温度控制在0~500
o
C，搅拌速度范围为10
‑
1000 r/min。
[0009]⑤
电化学反应后，将锂化后的正极压片电极取出，放入马弗炉中，进一步采用焙烧模式，进行正极粉末的晶体结构还原，将正极粉末再通过在温度范围为500~1200
o
C下焙烧2h~24 h，得到修复再生的正极含锂粉末；将再生的正极粉末、铝片及有机粘黏剂进行涂布，得到再生的正极材料。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：（1）该方法操作简单，易于操作和实现。可不通过传统化学冶金的方法实现废弃锂电池正极材料直接再生，将大大降低回收工艺成本及后续环保成本。
[0011]（2）该方法适用于所有的锂电池正极材料的修复，修复速率提高，耗能少，修复正极粉末制备的电池充放电性能达到新电池水平。与传统湿法回收锂电池相比，具有显著优势。本专利技术克服了传统湿法回收锂电池正极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废弃锂离子电池正极材料电化学锂化直接再生方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
①
对废弃锂离子电池进行放电并拆解，得到锂电池正极材料、负极石墨和隔膜，取出正极材料；
②
将所述的正极材料在温度范围100~600 o
C下进行焙烧，焙烧时间在1h~24h；待冷却后，通过筛子筛分出含锂正极粉末和铝片；将含锂正极粉末和新的铝箔通过压片机，制造成含锂正极压片电极；通过ICP
‑
AES，测定其锂缺陷量；将正极压片电极放入电化学装置中，以正极压片电极作为阴极，石墨片或者铂片作为阳极，辅以参比电极，构成电化学装置；其中，所述的正极材料包括磷酸铁锂即LiFePO4、锰酸锂即LiMn2O4、钴酸锂即LiCoO2、镍钴锰三元材料LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2和镍钴铝酸锂LiNi
a
Co
b
Al1‑
a
‑
b
O2；其中：x: 0.01
‑
0.99, y: 0.01
‑
0.99 ；a: 0.01
‑
0.99, b: 0.01
‑
0.99；
③
以LiX，其X为F、Cl、Br或I、LiOH、Li2CO3、LiNO3、Li3PO4、Li2SO4、Li2SO3、Li3BO3和Li2O中的一种或者几种作为锂添加剂，按照正极材料中的锂缺陷量即锂缺失含量范围0.0001%~99.9999%，确定锂添加剂的含量或者添加比例；若为多锂试剂混合添加，其添加配伍及比例按照LiX∶LiOH的添加比例范围在1~30；LiX∶Li2SO4的添加比例范围在1~20；LiX∶LiNO3的添加比例范围在1~20；LiX∶Li3PO4比例范围在1~25；LiX∶Li2SO4比例范围在1~20；LiX∶Li2SO3和LiX∶Li3BO3比例范围在1~20；
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【专利技术属性】
技术研发人员：张灵恩，王正义，张宇，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：