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廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法及其應(yīng)用

1112   編輯:中冶有色技術(shù)網(wǎng)   來源:四川新能源汽車創(chuàng)新中心有限公司  
2023-12-21 13:42:07
權(quán)利要求書: 1.一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法,其特征在于,包括以下步驟:

A、對廢舊鋰離子電池進(jìn)行預(yù)處理,分離得到廢舊的正極材料粉末;

B、將廢舊的正極材料粉末與鋰鹽、錳化合物和熔融鹽混合均勻,過渡金屬與熔融鹽的摩爾比為1:1?1:10,然后在含氧氣的氣氛中燒結(jié),得到燒結(jié)體;其中,對正極材料粉末與熔融鹽混合后得到的混合物采用分段燒結(jié);混合物先以5℃/min?10℃/min的升溫速率升溫至

400℃?600℃,保溫?zé)Y(jié)4h?6h,混合物再以5℃/min?10℃/min的升溫速率升溫至800℃?950℃,保溫?zé)Y(jié)10h?15h;燒結(jié)完成后,混合物以2℃/min?5℃/min的降溫速率降溫至150℃?

250℃,然后再隨爐冷卻至室溫;

C、對所述燒結(jié)體進(jìn)行碾磨、水洗、干燥后得到再生的正極材料,所述再生的正極材料為富鋰錳基正極材料,所述富鋰錳基正極材料的分子式為xLi2MnO3?(1–x)LiTMO2,其中,TM為過渡金屬元素,0<x≤1。

2.如權(quán)利要求1所述的廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法,其特征在于,在步驟B中,所述鋰鹽選自LiCl、Li2SO4、LiNO3、LiOH、Li2CO3、CH3COOLi中的一種或多種;所述錳化合物選MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、MnCO3、Mn(NO3)2、MnCl2、MnSO4、(CH3COO)2Mn、MnC2O4、氫氧化鎳錳、碳酸鎳錳中的一種或多種。

3.如權(quán)利要求2所述的廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法,其特征在于,所述熔融鹽中含有NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4、NaNO3、KNO3、NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3、CH3COONa、CH3COOK中的一種或多種。

4.如權(quán)利要求1所述的廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法,其特征在于,在步驟A中,對廢舊鋰離子電池進(jìn)行拆卸、分離得到正極片,將正極片于500℃?600℃下煅燒1h?4h,收集脫落的粉體,即得到廢舊的正極材料粉末。

5.如權(quán)利要求1所述的廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法,其特征在于,所述廢舊的正極材料為鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰或鈷酸鋰正極材料。

6.一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法在制備富鋰錳基正極材料中的應(yīng)用,其特征在于,采用上述權(quán)利要求1?5任一所述的回收方法制備再生富鋰錳基正極材料。

說明書: 一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及電池材料回收技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法及其應(yīng)用。背景技術(shù)[0002] 當(dāng)前三元正極材料主要的回收技術(shù)有火法冶金、濕法冶金以及直接再生等?;鸱ㄒ苯鸷蜐穹ㄒ苯鹣鄬Ρ容^成熟,已經(jīng)在工業(yè)規(guī)模上運(yùn)行,但由于其工藝操作難度大、高成本、回收率低和二次污染等缺點(diǎn)限制了其發(fā)展。目前,正極材料的直接回收研究仍處于起步階段,正極材料的直接回收也就是一種廢舊材料的重構(gòu)過程,它可以理想的修復(fù)材料的缺陷而不破壞它們,由于正極表面相變和體缺陷以及界面副反應(yīng),正極材料的退化也與鋰損失以及過渡金屬溶出有關(guān)系,現(xiàn)有的直接回收的方法主要有高溫固相法、水熱?退火法、電化學(xué)嵌鋰法、溶劑修復(fù)法以及熔融鹽修復(fù)法。高溫固相法操作簡單、環(huán)境友好,但需要準(zhǔn)確測定正極材料中的鋰含量,所設(shè)計的工藝只能適用于一種具有相似退役程度的正極材料,而且高溫?zé)Y(jié)也意味著大量的能源消耗和成本。溶劑修復(fù)法是利用有機(jī)溶劑作為離子傳輸介質(zhì),可以很好的恢復(fù)材料的結(jié)構(gòu),但其成本高和污染性阻礙了其發(fā)展。水熱?退火法的優(yōu)勢是可以處理任何退役程度的廢舊料,但由于正極材料對水分的敏感性和反應(yīng)性,使其很難推廣,并且其所需要的高溫高壓環(huán)境也存在一定的安全問題。熔融鹽修復(fù)法是通過提供低溫和熔融的液態(tài)環(huán)境,對材料進(jìn)行修復(fù)再生,相比高溫固相法,熔融鹽修復(fù)法不需要長時間的高溫處理,節(jié)約了成本,并且熔融鹽可回收再次利用,達(dá)到了閉環(huán)的目的,具有大規(guī)模應(yīng)用的潛力。[0003] 利用熔融鹽修復(fù)法對廢舊三元正極材料進(jìn)行回收,通常是通過補(bǔ)加鋰和鎳的方式來調(diào)控其結(jié)構(gòu),以利用再鋰化來恢復(fù)原始鋰和結(jié)構(gòu),同時減少能源消耗和碳排放,從而產(chǎn)生可回收使用的具有高鎳含量的三元正極材料,其理論比容量能達(dá)到278mAh/g。然而該回收方式不僅需要使用到價格昂貴的鎳,從而導(dǎo)致回收成本高,其轉(zhuǎn)化得到的三元正極材料電化學(xué)性能提升幅度也不大,經(jīng)濟(jì)效益差,難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題,提供一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法及其應(yīng)用,本發(fā)明利用熔融鹽修復(fù)法對廢舊鋰離子電池進(jìn)行高效率回收的同時,通過提錳補(bǔ)鋰的方式,使廢舊的正極材料再生為具有單晶結(jié)構(gòu)的富鋰錳基正極材料,其不僅大幅降低了回收工藝的成本,而且還得到了電化學(xué)性能更高的更具有商業(yè)價值的產(chǎn)品,克服了現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足。[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法,包括以下步驟:[0006] A、對廢舊鋰離子電池進(jìn)行預(yù)處理,分離得到廢舊的正極材料粉末;[0007] B、將廢舊的正極材料粉末與鋰鹽、錳化合物和熔融鹽混合均勻,然后在含氧氣的氣氛中燒結(jié),得到燒結(jié)體;[0008] C、對燒結(jié)體進(jìn)行碾磨、水洗、干燥后得到再生的正極材料。[0009] 在現(xiàn)有技術(shù)中,利用熔融鹽修復(fù)法對廢舊正極材料回收再生,通常不會改變正極材料的類型,以廢舊三元正極材料為例,廢舊三元正極材料使用熔融鹽修復(fù)法回收再生時,需要加入鋰源和鎳源,以進(jìn)行補(bǔ)鋰補(bǔ)鎳,修復(fù)后仍然為三元正極材料,其理論比容量約為278mAh/g,雖然得到的三元正極材料較之前容量有所提升(鎳含量升高帶來的效益),但是回收工藝材料成本高昂,經(jīng)濟(jì)效益差,難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。而在本發(fā)明中,仍以廢舊三元正極材料為例,在使用熔融鹽修復(fù)法回收再生時,通過提錳補(bǔ)鋰的方式,在低成本的條件下,由于過量的鋰離子及錳離子的存在,轉(zhuǎn)化生成了另一種空間群為R?3m型的α?NaFeO2層狀結(jié)構(gòu)的Li2MnO3,由此得到了具有更高比容量的三元層狀結(jié)構(gòu)和Li2MnO3固溶體結(jié)構(gòu)的富鋰錳基正極材料,其理論比容量可達(dá)378mAh/g。該富鋰錳基正極材料在充放電過程中,混合層中的鋰會遷移到鋰層中,留下的八面體空位由體相的過渡金屬元素通過協(xié)同作用擴(kuò)散占據(jù),這使得幾乎所有的鋰都可以脫出,從而提供了高的比容量,其材料優(yōu)勢高于轉(zhuǎn)化前的三元正極材料,為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益,有利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。

[0010] 進(jìn)一步,在步驟B中,所述鋰鹽選自LiCl、Li2SO4、LiNO3、LiOH、Li2CO3、CH3COOLi中的一種或多種;所述錳化合物選自MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、MnCO3、Mn(NO3)2、MnCl2、MnSO4、(CH3COO)2Mn、MnC2O4、氫氧化鎳錳、碳酸鎳錳中的一種或多種。[0011] 在本發(fā)明中,廢舊正極材料中的鋰、鎳和鈷等物質(zhì)的含量可以通過電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP?MS)測得,鋰鹽的摻量以及錳化合物摻量根據(jù)富鋰錳基正極材料的分子式xLi2MnO3?(1–x)LiTMO2和測得的廢舊正極材料的化學(xué)式計算得到。[0012] 進(jìn)一步,所述熔融鹽中含有NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4、NaNO3、KNO3、LiOH、NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3、CH3COONa、CH3COOK中的一種或多種。[0013] 進(jìn)一步,在廢舊的正極材料粉末與鋰鹽、錳化合物和熔融鹽混合后得到的混合物中,過渡金屬與熔融鹽的摩爾比為1:1?1:10,例如可以是1:1、1:2、1:2.5、1:2.8、1:3、1:3.2、1:3.5、1:3.8、1:4、1:4.5、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10等,優(yōu)選為1:2?1:4。相應(yīng)地,過渡金屬離子與熔融鹽的摩爾比例不宜過大或過小,若熔融鹽比例過小,則會導(dǎo)致材料燒結(jié)過程中難以形成熔融鹽池,進(jìn)而難以發(fā)揮該方法中融鹽的作用;若融鹽比例過大,則會導(dǎo)致材料燒結(jié)體結(jié)塊嚴(yán)重,不易破碎,并存在浪費(fèi)資源的問題。優(yōu)選的,在一些實(shí)施例中,在廢舊的正極材料粉末與鋰鹽、錳化合物和熔融鹽混合后得到的混合物中,鎳元素和鈷元素量之和,與錳元素量的摩爾比為1:2,即n(Ni+Co):nMn=1:2。

[0014] 進(jìn)一步,對正極材料粉末與熔融鹽混合后得到的混合物采用分段燒結(jié),混合物先以5℃/min?10℃/min(例如可以為5℃/min、6℃/min、6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min、8℃/min、8.5℃/min、9℃/min、9.5℃/min、10℃/min等)的升溫速率升溫至400℃?600℃(溫度可以為400℃、450℃、480℃、500℃、520℃、550℃、580℃、600℃等),保溫?zé)Y(jié)4h?6h(可以為4h、4.5h、5h、5.5h、6h等),混合物再以5℃/min?10℃/min(例如可以為5℃/min、6℃/min、

6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min、8℃/min、8.5℃/min、9℃/min、9.5℃/min、10℃/min等)的升溫速率升溫至800℃?950℃(溫度可以為800℃、850℃、880℃、900℃、920℃、930℃、950℃等),保溫?zé)Y(jié)10h?15h可以為10h、11h、12h、14h、15h等)。

[0015] 進(jìn)一步,燒結(jié)完成后,混合物以2℃/min?5℃/min(可以為2℃/min、2.5℃/min、2.8℃/min、3℃/min、3.5℃/min、3.8℃/min、4℃/min、4.5℃/min、4.8℃/min、5℃/min等)的降溫速率降溫至150℃?250℃(可以為150℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、250℃等),然后再隨爐冷卻至室溫。[0016] 進(jìn)一步,對廢舊鋰離子電池進(jìn)行拆卸、分離得到正極片,將正極片于500℃?600℃(可以為500℃、520℃、550℃、580℃、600℃等)下煅燒1h?4h(可以為1h、2h、3h、4h等),收集脫落的粉體,即得到廢舊的正極材料粉末。[0017] 進(jìn)一步,所述廢舊的正極材料為鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰或鈷酸鋰正極材料。[0018] 進(jìn)一步,本發(fā)明還包括一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法在制備富鋰錳基正極材料中的應(yīng)用,采用上述回收方法制備再生富鋰錳基正極材料。通過本發(fā)明的回收方法制備再生富鋰錳基正極材料,克服了傳統(tǒng)富鋰錳基正極材料制備工藝(例如高溫固相燒結(jié)法、共沉淀法、水/溶劑熱法以及噴霧干燥法)所存在的操作復(fù)雜、形貌難控制、成本高等缺點(diǎn)。[0019] 進(jìn)一步,所述富鋰錳基正極材料的分子式為xLi2MnO3?(1–x)LiTMO2,其中,TM為過渡金屬元素,0<x≤1。[0020] 綜上所述,由于采用了上述技術(shù)方案,本發(fā)明的有益效果是:[0021] 1、本發(fā)明采用熔融鹽作為離子傳導(dǎo)介質(zhì),有利于過渡金屬離子擴(kuò)散并降低材料的Ni/Li混排,在高溫煅燒的過程中,表層巖鹽結(jié)構(gòu)NiO中的Ni離子會再次進(jìn)入到正極材料中,使得有害的鹽巖結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)恢復(fù)為層狀結(jié)構(gòu),為回收再生得到高價值正極材料提供前提條件;[0022] 2、本發(fā)明采用共融鹽體系直接對廢舊正極材料進(jìn)行修復(fù)再生,低溫共融的方式降低了能源消耗,不僅工藝簡單,能耗較低,而且對環(huán)境也友好,三廢產(chǎn)生量少,環(huán)保壓力小;[0023] 3、本發(fā)明的回收方法使廢舊正極材料轉(zhuǎn)化為具有更優(yōu)異電化學(xué)性能的富鋰錳基固溶體,不僅為廢舊正極材料的回收和循環(huán)使用提供了一種更經(jīng)濟(jì)的途徑,還為富鋰錳基正極材料的制備提供了一條低成本、易操作、易控制的制備工藝,為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益,有利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。附圖說明[0024] 圖1是實(shí)施例1中廢舊鎳鈷錳正極材料(型號為NCM111)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖;[0025] 圖2是實(shí)施例1中回收再生得到的S?LNCM?1材料的掃描電子顯微鏡(SEM)圖;[0026] 圖3是實(shí)施例1中回收再生得到的S?LNCM?1材料的XRD圖;其中,“2θ(°)”作為橫坐標(biāo)的含義是:X射線衍射譜(即XRD圖)是X射線衍射儀以2θ的角度掃描整個衍射區(qū)域,并以2θ的角度變化作為X射線衍射譜的橫坐標(biāo),在不同衍射角的衍射峰的強(qiáng)度作為縱坐標(biāo),這樣組成了XRD衍射譜,即XRD圖;[0027] 圖4是實(shí)施例1中回收再生得到的S?LNCM?1材料的充放電曲線圖;[0028] 圖5是商購鎳鈷錳正極材料(型號為NCM811)的充放電曲線圖。具體實(shí)施方式[0029] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。[0030] 實(shí)施例1[0031] 一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法,包括以下步驟:[0032] S1、將包含NCM111(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)正極材料的廢舊電池袋在惰性氣氛下拆解,通過分離得到正極片;[0033] S2、將正極片于550℃下煅燒2h,使得粉體從集流體上脫落,收集粉體后進(jìn)行碾磨并過篩(200目?500目)得到預(yù)處理后的正極粉末;[0034] S3、將0.1mol的預(yù)處理后的正極粉末(約10g)、0.25mol的LiOH、0.1mol的MnO與NaCl融鹽混合均勻,過渡金屬與熔融鹽的摩爾比為1:10;[0035] S4、混合均勻后,將其轉(zhuǎn)入到三氧化二鋁坩堝中,在氧氣氣氛下(0.01個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)以10℃/min升溫至400℃,保溫6h,再以10℃/min升溫至900℃,保溫12h;[0036] S5、燒結(jié)結(jié)束后,以3℃/min降低至200℃,然后自然冷卻至室溫,得到燒結(jié)物;[0037] S6、對燒結(jié)物碾磨、水洗、干燥、過篩得到編號為S?LNCM?1材料。[0038] 通過掃描電子顯微鏡分別觀察廢舊的NCM111正極材料和S?LNCM?1材料,如圖1和圖2所示,在圖1中,多晶三元正極材料在經(jīng)歷過循環(huán)后出現(xiàn)了明顯的球裂,已經(jīng)失效比較嚴(yán)重;在圖2中,可以觀察到分散均勻的再生單晶正極材料顆粒,同時結(jié)合圖3可以得到,這些單晶的正極材料里不僅包含了原來的層狀結(jié)構(gòu),還出現(xiàn)了Li2MnO3的衍射峰,表明富鋰錳基固溶體的形成,且未發(fā)現(xiàn)其余雜相的形成。[0039] 進(jìn)一步地,將S?LNCM?1材料組裝形成CR2032扣式電池(組裝過程如下述),通過對其進(jìn)行充放電測試得到(測試條件如下述),S?LNCM?1材料組裝形成CR2032扣式電池在0.1C下的首次放電容量為282.71mAh/g,首次充放電效率為91.2%,如圖4所示,具備優(yōu)異的電化學(xué)性能。[0040] 實(shí)施例2[0041] 一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法,包括以下步驟:[0042] S1、將包含NCM523(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)正極材料的廢舊電池袋在惰性氣氛下拆解,通過分離得到正極片;[0043] S2、將正極片于550℃下煅燒2h,使得粉體從集流體上脫落,收集粉體后進(jìn)行碾磨并過篩(200目?500目)得到預(yù)處理后的正極粉末;[0044] S3、將0.1mol的預(yù)處理后的正極粉末(約10g)、0.125mol的Li2CO3、0.055mol的Mn2O3與Na2SO4融鹽混合均勻,過渡金屬與熔融鹽的摩爾比為1:1;[0045] S4、混合均勻后,將其轉(zhuǎn)入到三氧化二鋁坩堝中,在氧氣氣氛下(0.1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)以10℃/min升溫至600℃,保溫4h,再以10℃/min升溫至950℃,保溫10h;[0046] S5、燒結(jié)結(jié)束后,以3℃/min降低至200℃,然后自然冷卻至室溫,得到燒結(jié)物;[0047] S6、對燒結(jié)物碾磨、水洗、干燥、過篩得到編號為S?LNCM?2材料。[0048] 實(shí)施例3[0049] 一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法,包括以下步驟:[0050] S1、將包含NCM622(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)正極材料的廢舊電池袋在惰性氣氛下拆解,通過分離得到正極片;[0051] S2、將正極片于550℃下煅燒2h,使得粉體從集流體上脫落,收集粉體后進(jìn)行碾磨并過篩(200目?500目)得到預(yù)處理后的正極粉末;[0052] S3、將0.1mol的預(yù)處理后的正極粉末(約10g)、0.25mol的LiOH、0.11mol的MnCO3與KCl融鹽混合均勻,過渡金屬與熔融鹽的摩爾比為1:4;[0053] S4、混合均勻后,將其轉(zhuǎn)入到三氧化二鋁坩堝中,在氧氣氣氛下(1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)以10℃/min升溫至500℃,保溫5h,再以10℃/min升溫至900℃,保溫12h;[0054] S5、燒結(jié)結(jié)束后,以3℃/min降低至200℃,然后自然冷卻至室溫,得到燒結(jié)物;[0055] S6、對燒結(jié)物碾磨、水洗、干燥、過篩得到編號為S?LNCM?3材料。[0056] 實(shí)施例4[0057] 一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法,包括以下步驟:[0058] S1、將包含NCM811(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)正極材料的廢舊電池袋在惰性氣氛下拆解,通過分離得到正極片;[0059] S2、將正極片于550℃下煅燒2h,使得粉體從集流體上脫落,收集粉體后進(jìn)行碾磨并過篩(200目?500目)得到預(yù)處理后的正極粉末;[0060] S3、將0.1mol的預(yù)處理后的正極粉末(約10g)、0.125mol的Li2CO3、0.13mol的MnCl2與NaCl?KCl(摩爾質(zhì)量比1:1)融鹽混合均勻,過渡金屬與熔融鹽的摩爾比為1:4;[0061] S4、混合均勻后,將其轉(zhuǎn)入到三氧化二鋁坩堝中,在氧氣氣氛下(1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)以10℃/min升溫至500℃,保溫5h,再以10℃/min升溫至900℃,保溫12h;[0062] S5、燒結(jié)結(jié)束后,以3℃/min降低至200℃,然后自然冷卻至室溫,得到燒結(jié)物;[0063] S6、對燒結(jié)物碾磨、水洗、干燥、過篩得到編號為S?LNCM?4材料。[0064] 實(shí)施例5[0065] 一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法,包括以下步驟:[0066] S1、將包含NCA(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)正極材料的廢舊電池袋在惰性氣氛下拆解,通過分離得到正極片;[0067] S2、將正極片于550℃下煅燒2h,使得粉體從集流體上脫落,收集粉體后進(jìn)行碾磨并過篩(200目?500目)得到預(yù)處理后的正極粉末;[0068] S3、將0.1mol的預(yù)處理后的正極粉末(約10g)、0.25mol的LiOH、0.14mol的MnC2O4與NaCl?Na2SO(4 摩爾質(zhì)量比1:1)融鹽混合均勻,過渡金屬與熔融鹽的摩爾比為1:4;[0069] S4、混合均勻后,將其轉(zhuǎn)入到三氧化二鋁坩堝中,在氧氣氣氛下(1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)以10℃/min升溫至500℃,保溫5h,再以10℃/min升溫至900℃,保溫12h;[0070] S5、燒結(jié)結(jié)束后,以3℃/min降低至200℃,然后自然冷卻至室溫,得到燒結(jié)物;[0071] S6、對燒結(jié)物碾磨、水洗、干燥、過篩得到編號為S?LNCM?5材料。[0072] 實(shí)施例6[0073] 一種廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法,包括以下步驟:[0074] S1、將包含LCO(LiCoO2)正極材料的廢舊電池袋在惰性氣氛下拆解,通過分離得到正極片;[0075] S2、將正極片于550℃下煅燒2h,使得粉體從集流體上脫落,收集粉體后進(jìn)行碾磨并過篩(200目?500目)得到預(yù)處理后的正極粉末;[0076] S3、將0.1mol的預(yù)處理后的正極粉末(約2g)、0.25mol的LiOH、0.15mol的Mn0.75Ni0.25CO3與NaCl?Na2SO(4 摩爾質(zhì)量比1:1)融鹽混合均勻,過渡金屬與熔融鹽的摩爾比為1:4;[0077] S4、混合均勻后,將其轉(zhuǎn)入到三氧化二鋁坩堝中,在氧氣氣氛下(1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)以10℃/min升溫至500℃,保溫5h,再以10℃/min升溫至900℃,保溫12h;[0078] S5、燒結(jié)結(jié)束后,以3℃/min降低至200℃,然后自然冷卻至室溫,得到燒結(jié)物;[0079] S6、對燒結(jié)物碾磨、水洗、干燥、過篩得到編號為S?LNCM?6材料。[0080] 性能實(shí)驗(yàn)測試[0081] 將實(shí)施例得到的材料與導(dǎo)電劑(SuperP)和粘結(jié)劑(溶解于N?甲基吡咯烷酮(NMP)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的聚偏二氟乙烯(PDF))的質(zhì)量比為90:5:5,稱取相應(yīng)質(zhì)量的物料于攬拌盒中,將攪拌盒置于設(shè)定好程序的勻漿機(jī)中混勻物料,然后通過涂布機(jī)均勻涂布在16μm鋁箔上,涂布厚度控制在0.25mm,經(jīng)烘干、裁剪、稱重和輯壓得到直徑為14mm的正極片,負(fù)極使用金屬鋰,使用LiPF6/EC(聚四氟乙烯)/EMC(環(huán)氧樹脂)電解液和PE(聚乙烯)隔膜組裝成CR2032扣式電池。[0082] 按照上述方法,將正極材料替換為商業(yè)三元正極材料C?NCM811(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2),然后組裝成CR2032扣式電池。

[0083] 將上述扣式電池放置10h后,上架放置在藍(lán)電測試儀(CT2001C)上進(jìn)行充放電循環(huán)性能測試。富鋰錳基材料的測試條件設(shè)置為:25℃,2.0?4.6,1C=280mAh/g,按照0.1C/0.1C循環(huán)3周活化扣式半電池后,以1C/1C循環(huán)100周;商購NCM811的測試條件設(shè)置為:

25℃,2.8?4.3,1C=210mAh/g(三元正極材料的充電截止電壓一般為4.3左右,過高會導(dǎo)致產(chǎn)氣嚴(yán)重,結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等等,而富鋰錳基材料要發(fā)揮Li2MnO3的優(yōu)勢,充電截止電壓一般會到4.6左右,由于兩者的工作電壓不同,因此不必要求兩款正極材料具有相同的測試電壓),按照以上同樣的測試方式考察正極材料的比容量及循環(huán)性能。具體電化學(xué)性能如表1所示:

[0084] 表1實(shí)施例組裝的鋰離子電池的電化學(xué)性能表[0085][0086] 注:1.S?LNCM?1樣品、S?LNCM?2樣品、S?LNCM?3樣品、S?LNCM?4樣品分別由實(shí)施例1?4制得,S?LNCMA?5樣品和S?LNCM?6樣品分別由實(shí)施例5和6制得;

[0087] 2.C?NCM811樣品為商業(yè)三元正極材料NCM811。[0088] 由表1可以得到,商業(yè)三元正極材料C?NCM811的充放電曲線圖如圖5所示,其組裝形成的CR2032扣式電池,在0.1C下的首次放電容量為205.41mAh/g,首次充放電效率為87.6%,而本發(fā)明的由廢舊NCM再生成的單晶富鋰錳基材料,在0.1C下的首次放電容量均可達(dá)到270mAh/g,首次充放電效率也均能達(dá)到90%左右,其容量和首效提升顯著,技術(shù)優(yōu)勢明顯。

[0089] 綜上所述,本發(fā)明的回收再生方法再生得到的正極材料具有很高的比容量,在0.1C下其首次放電容量超過273mAh/g,首次充放電效率超過88%,循環(huán)性能好,具備優(yōu)異的電化學(xué)性能,不僅為廢舊正極材料的回收和循環(huán)使用提供了一種更經(jīng)濟(jì)的途徑,還為富鋰錳基正極材料的制備提供了一條低成本、易操作、易控制的制備工藝,有利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。

[0090] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。



聲明:
“廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法及其應(yīng)用” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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