[發明專利]一種再生三元正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710084877.7
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106785173B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 周天池;王斌;熊萬軍;仇如成
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 齊云

技術領域

本發明涉及廢舊鋰電池回收領域，具體而言，涉及一種再生三元正極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種二次可充電電池，目前已得到較為廣泛的應用。鋰離子電池一般由正極、負極、隔膜、電解質和電池殼體等部分組成，其中正極材料的成本占到電池40％以上，然而正極材料的比容量卻遠遠低于負極材料的比容量，因而鋰電池在研究中具有重要的應用價值。三元正極材料是鎳鈷錳酸鋰Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂，其具有循環穩定性能優異、容量高、價格相對鈷酸鋰較低等優點，既可用于數碼相機、手機、筆記本電腦及其它便攜式電子產品等小型用電設備。然而該類材料中的金屬元素鈷在自然界中存量較少，價格昂貴，且鈷元素有毒。基于以上的原因，回收三元正極材料中的化學元素，降低可成本，不僅對可持續發展有利，同時也符合新時代壞境保護的環境。

再生三元正極材料的工藝包括兩部分，一是金屬元素的回收，二是三元正極材料的合成。目前人們對三元正極材料的再生，主要研究集中在元素的回收部分，對材料的合成部分研究的較少，且最終再生得到的再生三元正極材料的電化學性能也較差。對于金屬元素的回收，很少有工藝能夠對四種金屬元素進行合理而高效的回收。

發明內容

本發明的目的在于提供一種再生三元正極材料的方法，其能夠將金屬鋰元素和過渡金屬元素(鎳、鈷、錳)分開，高效率的回收廢舊電池中的三元正極材料，并且合成三元正極材料的工藝反應周期短、易控制，制得的短棒狀三元正極材料具有優異的電化學性能。

本發明的另一目的在于提供一種再生三元正極材料，其形貌為短棒狀，鋰離子遷移路程較短，電化學性能優異。

本發明的實施例是這樣實現的：

一種再生三元正極材料的方法，其包括以下步驟：

S1步驟：拆卸電池，洗去電解液，得到失活三元正極材料；

S2步驟：乙酸溶液溶解失活三元正極材料，得到第一混合液；

S3步驟：將第一混合液與還原劑混合，得到還原第一混合液，將還原第一混合液與草酸溶液后，得到第一懸浮液；

S4步驟：第一懸浮液過濾得到第一沉淀和第二混合液；

S5步驟：將第二混合液用氫氧化鈉溶液調pH值至堿性時，與碳酸鈉溶液混合，得到第二懸浮液；

S6步驟：將第二懸浮液過濾得到第三混合液和第二沉淀；

S7步驟：將第一沉淀、第二沉淀、乙醇、蔗糖和長鏈有機物混合得到混合物，將混合物球磨后，點燃得到前驅體粉末；

S8步驟：將前驅體粉末經高溫煅燒后得到再生三元正極材料。

優選的，S7步驟中，長鏈有機物選自PEG-4000、PEG-400、PVP中的任意一種。

優選的，S7步驟中，長鏈有機物為PEG-4000。

優選的，S7步驟中，球磨是在氮氣氛圍下進行。

優選的，S7步驟中，球磨時間為1～3h。

優選的，S7步驟中，點燃是在氧氣中進行。

優選的，S7步驟中，第一沉淀、第二沉淀、乙醇、蔗糖和長鏈有機物的用量比為14～15g：4.2～4.5g：25～35ml：1～2g：15～20g。

優選的，S3步驟中，還原劑選自抗壞血酸、水合肼、檸檬酸中的任意一種。

優選的，S3步驟中，還原劑與第一混合液的用量比為100ml：15～20g。

一種再生三元正極材料，利用上述的再生三元正極材料的方法制得，再生三元正極材料為短棒狀。

本發明實施例的再生三元正極材料的方法及再生三元正極材料的有益效果是：先以草酸為沉淀劑，將鎳、鈷、錳元素進行沉淀，調節pH值后以碳酸鈉為沉淀劑，將鋰元素沉淀。上述多次沉淀過程將廢舊電池的三元正極材料中的所有金屬元素進行了回收，并合理的將金屬鋰元素和過渡金屬元素(鎳、鈷、錳)分開，為后續的三元正極材料合成部分提供了原料。得到的沉淀采用固相球磨過程中添加有機溶劑的方法控制材料晶核為短棒狀，并在球磨后進行點燃實現草酸根，碳酸根的快速分解。整個球磨和點燃過程反應周期短，可以快速的得到三元正極材料的前驅體。經高溫結晶后的再生三元正極材料為短棒狀，其具有一維擴散通道，在充放電過程中，鋰離子遷移路程短，可實現快速脫嵌，且具有優異的電化學性能。

附圖說明