[發明專利]一種利用廢舊鋰離子電池再制造正極材料的方法

有效

• 申請號: 201610886168.6
• 申請日: 2016-10-11
• 公開（公告）號: CN107919508B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 孫峙;曹宏斌;林曉;張西華
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯桂麗

本發明公開了一種利用廢舊鋰離子電池再制造正極材料的方法，該方法包括：將廢舊鋰離子電池進行預處理得到正極廢料粉末，對所述正極廢料粉末進行低溫等離子體燒結，得到修復改性后的正極材料。本發明適用范圍廣、技術靈活，突破了傳統高溫固相法的局限性，通過低溫等離子體對預處理得到的正極廢料粉末進行燒結，強化材料晶格修復和重構，得到活性物質經金屬摻雜或金屬化合物包覆改性后的正極材料，進而顯著提升再制造正極活性材料的電化學性能，具有良好的市場前景。

技術領域

本發明涉及固體廢物資源化回收領域，具體涉及一種廢舊鋰離子電池回收方法，尤其涉及一種由廢舊鋰離子電池再制造正極材料的方法。

背景技術

鋰離子電池由于具有較高的工作電壓和能量密度，較寬的溫度適用范圍，可以快速充放電，自放電率低，并且循環壽命長、無記憶效應等獨特優勢，目前已在各種設備應用領域中逐步替代了傳統電池。然而其產生的固體廢棄物中含有難降解的有機溶劑以及金屬離子，不僅造成資源浪費，還會對環境造成污染風險。所以，回收利用廢舊鋰離子電池，不僅能帶來一定的經濟效益，還可以避免或減輕其對自然環境的污染風險。

正極廢料為廢舊鋰離子電池中環境風險高、資源化價值高、回收難度大的部分。針對正極廢料，目前研究主要集中于高值金屬含量高的正極廢料(鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰三元材料等)中高值金屬提取及其物理化學過程。

目前，對于廢舊鋰離子電池正極廢料的回收處理主要包括溶劑萃取法、化學沉淀法、電沉積法以及離子交換法等，例如，高修艷以檸檬酸為溶劑來溶解廢鋰離子電池正極材料LiMn₂O₄(參見“從廢舊鋰離子電池制備錳酸鋰正極材料的研究”，高修艷，中國優秀碩士學位論文全文數據庫，2014)；孫亮釆用真空熱解的方法預處理廢舊鋰離子電池正極材料，利用酸浸方法處理從鋁箔上脫落的正極活性物質鋰鈷氧粉末(參見“廢舊鋰離子電池回收利用新工藝的研究”，孫亮，中國優秀碩士學位論文全文數據庫，2012)；CN105895904A公開了一種制備和回收鋰離子電池的正極活性材料的方法，將用于鋰離子電池的乏鋰正極活性材料與含鋰離子的溶液混合以制得漿料，再采用工作電極和對電極在所述漿料中施加直流電，進而對鋰離子電池的正極活性材料進行制備和回收。

上述現有技術的主要優點是可以回收正極廢料中的高值金屬(如鈷、鎳等)，但由于其完全破壞了原正極材料的物理化學結構，加之繁瑣的分離提純步驟，最終導致處理成本高，且易造成鋰等有價元素的大量損失。此外，對于部分正極廢料尤其是受損程度低的生產或使用后廢料，比較理想的處理方法是不破壞其結構，而是優先考慮再生并重新制備具有良好電化學性能的正極材料，實現鋰離子電池及關鍵材料產業的內部循環。

低溫等離子體是一種用于強化粉體材料性能的手段，其特點是低溫離子與高溫電子共存，并在整體上接近環境溫度。在強化材料性能方面，低溫等離子體具有以下優點：(1)低溫下的高化學活性：等離子體中存在大量的激發態物種，能夠使具有高活化能的化學反應在較為溫和的條件下進行；(2)產物離開等離子體時可以“驟冷”，促使產物“凍結”，從而使其在粒徑、晶型及形貌上可控。目前，低溫等離子體主要應用于鍍膜、刻蝕、表面改性、沉積薄膜以及等離子體電視等領域。在我們的技術調研范圍內，尚未發現國內外將該技術用于鋰離子電池回收及再制造領域的相關報道。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種利用廢舊鋰離子電池再制造正極材料的方法，該方法適用范圍廣、技術靈活，不但簡便地將廢舊鋰離子電池直接再制造成正極材料，而且借助低溫等離子體強化材料晶格修復和重構的優勢，可顯著提升再制造正極活性材料的電化學性能，進而達到本發明目的。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種利用廢舊鋰離子電池再制造正極材料的方法，包括以下步驟：

(1)將廢舊鋰離子電池進行預處理得到正極廢料粉末；