[發(fā)明專利]一種廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的資源化回收再利用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610043731.3
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN106992329B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 上官恩波;郭利坦;李晶;王芹;寧颯爽;李菲;常照榮;李全民
• 申請（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué)
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;H01M4/58;H01M4/26
• 代理公司: 新鄉(xiāng)市平原專利有限責(zé)任公司 41107
• 代理人: 路寬

本發(fā)明公開了一種廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的資源化回收再利用方法，屬于廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料回收技術(shù)和堿性二次電池領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)方案要點為：一種廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的資源化回收再利用方法，以廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料為原料，將其與二價鐵鹽和有機添加劑混合均勻后，在惰性氣氛下經(jīng)過煅燒處理制得磷酸鐵鋰基復(fù)合材料，然后將該磷酸鐵鋰基復(fù)合材料用于制備堿性二次電池負(fù)極。本發(fā)明可以高效回收廢舊鋰離子電池正極材料并用于堿性二次電池負(fù)極，實現(xiàn)廢舊磷酸鐵鋰材料的循環(huán)再生利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料回收技術(shù)和堿性二次電池領(lǐng)域，具體涉及一種廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的資源化回收再利用方法。

背景技術(shù)

近些年來，得益于我國政府不斷的政策扶持，社會大眾環(huán)保意識的逐步加強，以及國內(nèi)一批高校，科研單位及企業(yè)在動力電池，電池管理系統(tǒng)等方面的研發(fā)方面的持續(xù)努力，我國的電動汽車市場得到了快速發(fā)展。隨著新能源車的快速產(chǎn)業(yè)化，其銷量將突飛猛進(jìn)，而鋰離子動力電池的保有量也將會隨之呈幾何級數(shù)增長。而與此同時，廢舊鋰離子動力電池的環(huán)境污染問題和合理資源化回收利用的問題成為當(dāng)前乃至今后國內(nèi)外普遍關(guān)注和亟待解決的難題。該問題的解決不僅有利于環(huán)境的保護(hù)，更有利于資源的循環(huán)利用，具有重大的現(xiàn)實意義。

近些年來，國內(nèi)外對廢舊動力電池回收技術(shù)日益重視，并逐漸開展相關(guān)研究。鋰離子電池類型不同，其回收方法也有差異。由于廢舊磷酸鐵鋰材料不含有鈷鎳等貴重金屬，其回收利用價值相對較低，采用現(xiàn)有的鈷酸鋰回收工藝進(jìn)行回收無經(jīng)濟(jì)效益，對于廢舊磷酸鐵鋰材料回收工藝的研究仍處于研發(fā)階段。根據(jù)目前的文獻(xiàn)報道，廢舊LiFePO₄電池的回收方法主要有兩大類，一種是濕法冶金法，另一種是修復(fù)再生法。濕法冶金工藝是采用機械方法破除電池金屬外殼，后采取浸取、沉淀、離子交換、吸附等方法得到金屬化合物，其回收得到的金屬純凈度較高，但要用到大量的酸，堿，不僅成本高，而且容易造成二次污染。更重要的是，LiFePO₄電池中不含鈷，鎳等貴重元素，單純回收某種元素經(jīng)濟(jì)效益不高。因此濕法冶金法回收磷酸鐵鋰動力電池極不適用，修復(fù)再生法成了目前廢舊磷酸鐵鋰電池處理的主流方法，具有很高的回收效益，資源綜合利用率最高。

修復(fù)再生法通常包括以下步驟：首先將回收到的廢舊磷酸鐵鋰電池拆解，使用物理方法或化學(xué)手段將正極材料與極板分離。加入氫氧化鈉溶液除去磷酸鐵鋰材料中殘余的鋁，之后熱處理去除殘余的導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。添加適當(dāng)?shù)蔫F源、鋰源或磷源化合物將鐵、鋰、磷的摩爾比調(diào)整到1:1:1。最后加入碳源，經(jīng)球磨、惰性氣氛中煅燒得到新的磷酸鐵鋰正極材料。盡管有文獻(xiàn)報道可以成功通過簡單的補充鋰和鐵元素來修復(fù)正極材料，而這些測試通常都是半電池測試，且循環(huán)次數(shù)較短。發(fā)明人曾對固相修復(fù)和水熱修復(fù)的方法進(jìn)行過研究，發(fā)現(xiàn)該方法很難實現(xiàn)正極材料的電化學(xué)活性的完全再次修復(fù)，原因如下：回收來的正極材料由于使用時的狀況不一樣（包括循環(huán)次數(shù)和有無濫充濫放使用等），會造成回收材料的性質(zhì)差異很大（包括粒徑，加工性能，比表面積，碳含量等）。眾所周知，磷酸鐵鋰動力電池通常對于正極材料的各方面技術(shù)指標(biāo)都要求較高，將其簡單的修復(fù)再生重新用于動力電池，發(fā)明人認(rèn)為是很難實現(xiàn)的。因此，開發(fā)新的廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料回收再利用技術(shù)尤為重要，不僅可以節(jié)約資源，降低成本，而且可以保護(hù)環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的資源化回收再利用方法，該方法工藝簡單，實現(xiàn)了廢舊鐵鋰電池中磷酸鐵鋰材料的再次利用，有效地減少資源消耗，降低電池使用成本。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的資源化回收再利用方法，其特征在于：以廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料為原料，將其與二價鐵鹽和有機添加劑混合均勻后，在惰性氣氛下經(jīng)過煅燒處理制得磷酸鐵鋰基復(fù)合材料，然后將該磷酸鐵鋰基復(fù)合材料用于制備堿性二次電池負(fù)極。

本發(fā)明所述的廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的資源化回收再利用方法，其特征在于包括以下步驟：