使用微波等离子体处理用于回收锂离子阴极材料的方法和系统技术方案

本文公开了用于再循环含有锂粉末的用过的固体原料以用于锂离子电池的系统和方法的实施方案。用过的固体原料可以是锂镍锰钴氧化物(NMC)材料。在一些实施方案中，用过的固体原料可以经历微波等离子体方法以生产具有增强的化学性质和物理性质的新可用的、锂补充的固体前体。体前体。体前体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用微波等离子体处理用于回收锂离子阴极材料的方法和系统
[0001]通过引用并入任何优先权申请
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119(e)要求在2021年1月11日提交的美国临时申请号63/135,948的优先权权益，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术介绍


[0003]本公开的一些实施方案涉及使用微波等离子体处理用于回收用过的阴极材料的系统和方法。
[0004]
技术介绍

[0005]锂离子电池(LIB)由于其能量密度(150
‑
200W h/kg，通过装置质量归一化)、功率输出(>300W/kg)和循环稳定性(约2000个循环)的不匹配组合以及由于全球生产能力的增加而导致的较低成本，已经主导了二次能量储存市场。主要由电动车辆(EV)的普及所驱动的移动电气化的世界趋势已经显著增加了对LIB生产的需求。因此，仅在接下来的几十年中，从EV电池组将产生数百万公吨的LIB废料。此外，LIB技术预期在需要高功率输出的固定能量存储系统中起重要作用，使得能够从间歇性自然源收获能量。LIB再循环直接解决了长期经济压力的问题和与填埋和原料提取两者相关的环境问题。然而，LIB再循环基础设施尚未被广泛采用，并且当前的设施主要集中于Co回收以获得经济收益，而不是阴极材料的再利用。
[0006]需要回收或再利用混合金属LIB阴极中的金属和包含不同化学物质的混合废料的再循环方法。这些方法需要低的环境足迹和能量消耗。在一些现有的方法中，可以使用预处理将阴极材料与其它电池部件分离，随后使用还原性酸浸出完全溶解活性材料。产生来自集流体和电池壳的包含阴极金属(Li+、Ni2+、Mn2+和Co2+)和杂质(Fe3+、Al3+和Cu2+)的复杂浸出液，其可以使用一系列选择性沉淀和/或溶剂提取步骤来分离和纯化。或者，阴极可以直接从浸出液中再合成。在其它现有方法中，电池材料经历高温熔融和提取或熔炼过程。这些操作是能量密集的、昂贵的，并且操作和需要复杂的设备以处理由熔炼过程产生的有害排放物。尽管成本高，这些方法不能回收所有有价值的电池材料。
[0007]显然，再循环基础设施不能主要集中于回收Co以使利润最大化，尤其是考虑到EV市场驱动的LIB阴极化学物质的市场趋势。甚至现在，阴极材料(例如LiNi
1/3
Mn
1/3
Co
1/3
O2(NMC
‑
111))被包含甚至更少量的Co的LiNi
0.6
Mn
0.2
Co
0.2
O2(NMC
‑
622)和LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2(NMC
‑
811)替代。因此，再循环方法必须高效地处理各种混合型阴极和含有各种阴极化学物质的混合废料。另外，考虑到对LIB阴极材料的需求增长，再循环方法应该能够通过锂补充来生产可用的LIB阴极材料，而不是简单地分别回收金属，例如Co。

技术实现思路

[0008]为了本概述的目的，本文描述了本专利技术的某些方面、优点和新颖特征。应当理解，根据本专利技术的任何特定实施方案，并非所有这样的优点都是必然实现的。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本专利技术可以以实现如本文所教导的一个优点或一组优点的方式来体现或执行，而不必实现如本文所教导或建议的其它优点。
[0009]本文的一些实施方案涉及用于在微波等离子体仪器中合成锂镍锰钴氧化物(NMC)粉末的方法，所述方法包括：向所述微波等离子体仪器提供原料，所述原料包含寿命终止NMC粉末，所述寿命终止NMC粉末具有5:2或更小的平均镍与钴比率；和将所述原料引入所述微波等离子体仪器的微波产生的等离子体中以合成具有大于5:2的平均镍与钴比率的NMC粉末。
[0010]在一些实施方案中，所述方法进一步包括在将所述原料引入所述微波产生的等离子体中的同时将含镍材料、含锰材料或含钴材料引入所述微波产生的等离子体中。在一些实施方案中，所述寿命终止NMC粉末的微结构包含一个或多个缺陷、裂纹或裂缝，并且其中将所述原料引入所述微波产生的等离子体中使所述寿命终止NMC粉末熔融。在一些实施方案中，合成的NMC粉末的微结构不包含所述一个或多个缺陷、裂纹或裂缝。
[0011]在一些实施方案中，所述方法进一步包括在将所述原料引入所述微波产生的等离子体中的同时将含锂(Li)材料引入所述微波产生的等离子体中。在一些实施方案中，所述寿命终止NMC粉末包含NMC
‑
532或NMC
‑
111。在一些实施方案中，所述方法进一步包括在将所述原料引入所述微波产生的等离子体中之前，将含锂(Li)材料加入到所述原料中。在一些实施方案中，所述寿命终止NMC粉末获自用过的锂离子电池。
[0012]本文的一些实施方案涉及用于在微波等离子体仪器中合成锂镍锰钴氧化物(NMC)粉末的方法，所述方法包括：向所述微波等离子体仪器提供原料，所述原料包含寿命终止NMC粉末，所述寿命终止NMC粉末具有5:2或更小的平均镍与钴比率；和将所述寿命终止NMC粉末引入所述微波等离子体仪器的微波产生的等离子体中以合成具有大于5:2的平均镍与钴比率的NMC粉末，其中在将所述寿命终止NMC粉末引入所述微波产生的等离子体中之前，所述寿命终止NMC粉末未被还原成其组成元素。
[0013]在一些实施方案中，所述方法进一步包括在将所述原料引入所述微波产生的等离子体中的同时将含镍材料引入所述微波产生的等离子体中。在一些实施方案中，所述寿命终止NMC粉末的微结构包含一个或多个缺陷、裂纹或裂缝，并且其中将所述原料引入所述微波产生的等离子体中使所述寿命终止NMC粉末熔融。在一些实施方案中，合成的NMC粉末的微结构不包含所述一个或多个缺陷、裂纹或裂缝。
[0014]在一些实施方案中，所述方法进一步包括在将所述原料引入所述微波产生的等离子体中的同时将含锂(Li)材料引入所述微波产生的等离子体中。在一些实施方案中，所述寿命终止NMC粉末包含NMC
‑
532或NMC
‑
111。在一些实施方案中，所述方法进一步包括在将所述原料引入所述微波产生的等离子体中之前，将含锂(Li)材料加入到所述原料中。在一些实施方案中，所述寿命终止NMC粉末获自用过的锂离子电池。
[0015]本文的一些实施方案涉及锂镍锰钴氧化物(NMC)粉末，其通过包括以下方法生产，所述方法包括：向微波等离子体仪器提供原料，所述原料包含寿命终止NMC粉末，所述寿命终止NMC粉末具有5:2或更小的平均镍与钴比率；和将所述原料引入所述微波等离子体仪器
的微波产生的等离子体中以合成具有大于5:2的平均镍与钴比率的NMC粉末或NMC前体。
[0016]在一些实施方案中，所述寿命终止NMC粉末包含NMC
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111、NMC
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442或NMC
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于在微波等离子体仪器中合成锂镍锰钴氧化物(NMC)粉末的方法，所述方法包括：向所述微波等离子体仪器提供原料，所述原料包含寿命终止NMC粉末，所述寿命终止NMC粉末具有5:2或更小的平均镍与钴比率；和将所述原料引入所述微波等离子体仪器的微波产生的等离子体中以合成具有大于5:2的平均镍与钴比率的NMC粉末。2.权利要求1所述的方法，其进一步包括在将所述原料引入所述微波产生的等离子体中的同时将含镍材料、含锰材料或含钴材料引入所述微波产生的等离子体中。3.权利要求1所述的方法，其中所述寿命终止NMC粉末的微结构包含一个或多个缺陷、裂纹或裂缝，并且其中将所述原料引入所述微波产生的等离子体中使所述寿命终止NMC粉末熔融。4.权利要求3所述的方法，其中合成的NMC粉末的微结构不包含所述一个或多个缺陷、裂纹或裂缝。5.权利要求1所述的方法，其进一步包括在将所述原料引入所述微波产生的等离子体中的同时将含锂(Li)材料引入所述微波产生的等离子体中。6.权利要求1所述的方法，其中所述寿命终止NMC粉末包含NMC
‑
532或NMC
‑
111。7.权利要求1所述的方法，其进一步包括在将所述原料引入所述微波产生的等离子体中之前，将含锂(Li)材料加入到所述原料中。8.权利要求1所述的方法，其中所述寿命终止NMC粉末获自用过的锂离子电池。9.用于在微波等离子体仪器中合成锂镍锰钴氧化物(NMC)粉末的方法，所述方法包括：向所述微波等离子体仪器提供原料，所述原料包含寿命终止NMC粉末，所述寿命终止NMC粉末具有5:2或更小的平均镍与钴比率；和将所述寿命终止NMC粉末引入所述微波等离子体仪器的微波产生的等离子体中以合成NMC粉末，其中在将所述寿命终止NMC粉末引入所述微波产生的等离子体中之前，所述寿命终止NMC粉末未被还原成其组成元素。10.权利要求9所述的方法，其进一步包括在将所述原料引入所述微波产生的等离...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：六K有限公司，
类型：发明
国别省市：