[發明專利]一種廢舊磷酸鐵鋰正極材料資源化用于鐵空氣電池的方法

有效

• 申請號: 201610053510.4
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN106992283B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 上官恩波;李晶;郭利坦;寧颯爽;王芹;李菲;常照榮;李全民
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M10/54;H01M12/06
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司 41107
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種廢舊磷酸鐵鋰正極材料資源化用于鐵空氣電池的方法，屬于廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料回收技術和堿性二次電池領域。本發明的技術方案要點為：以廢舊磷酸鐵鋰材料為原料，將其與鐵鹽、鉍鹽和有機添加劑混合均勻后，在惰性氣氛下經過煅燒處理制得磷酸鐵鋰基復合材料，然后將該磷酸鐵鋰基復合材料用于制備鐵空氣電池負極。本發明可以高效回收廢舊鋰離子電池正極材料并用于制備堿性二次電池負極，實現廢舊磷酸鐵鋰材料的循環再生利用。

技術領域

本發明屬于廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料回收技術和堿性二次電池領域，具體涉及一種廢舊磷酸鐵鋰正極材料資源化用于鐵空氣電池的方法。

背景技術

近些年來，得益于我國政府不斷的政策扶持，社會大眾環保意識的逐步加強，以及國內一批高校，科研單位及企業在動力電池，電池管理系統等方面的研發方面的持續努力，我國的電動汽車市場得到了快速發展。隨著新能源車的快速產業化，其銷量將突飛猛進，而鋰離子動力電池的保有量也將會隨之呈幾何級數增長。而與此同時，廢舊鋰離子動力電池的環境污染問題和合理資源化回收利用的問題成為當前乃至今后國內外普遍關注和亟待解決的難題。該問題的解決不僅有利于環境的保護，更有利于資源的循環利用，具有重大的現實意義。

近些年來，國內外對廢舊動力電池回收技術日益重視，并逐漸開展相關研究。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，采用現有的鈷酸鋰回收工藝進行回收無經濟效益，對于廢舊磷酸鐵鋰材料回收工藝的研究仍處于研發階段。根據目前的文獻報道，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濟效益不高。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電劑和粘結劑。添加適當的鐵源、鋰源或磷源化合物將鐵、鋰、磷的摩爾比調整到1:1:1。最后加入碳源，經球磨、惰性氣氛中煅燒得到新的磷酸鐵鋰正極材料。盡管有文獻報道可以成功通過簡單的補充鋰和鐵元素來修復正極材料，而這些測試通常都是半電池測試，且循環次數較短。發明人曾對固相修復和水熱修復的方法進行過研究，發現該方法很難實現正極材料的電化學活性的完全再次修復，原因如下：回收來的正極材料由于使用時的狀況不一樣（包括循環次數和有無濫充濫放使用等），會造成回收材料的性質差異很大（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指標都要求較高，將其簡單的修復再生重新用于動力電池，發明人認為是很難實現的。因此，開發新的廢舊鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料回收再利用技術尤為重要，不僅可以節約資源，降低成本，而且可以保護環境。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種廢舊磷酸鐵鋰正極材料資源化用于鐵空氣電池的方法，該方法工藝簡單，實現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。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種廢舊磷酸鐵鋰正極材料資源化用于鐵空氣電池的方法，其特征在于：以廢舊磷酸鐵鋰材料為原料，將其與鐵鹽、鉍鹽和有機添加劑混合均勻后，在惰性氣氛下經過煅燒處理制得磷酸鐵鋰基復合材料，然后將該磷酸鐵鋰基復合材料用于制備鐵空氣電池負極。

本發明所述的廢舊磷酸鐵鋰正極材料資源化用于鐵空氣電池的方法，其特征在于包括以下步驟：