[發(fā)明專利]一種生物質(zhì)廢料協(xié)助下的廢舊鋰電池正極材料回收再生方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010166395.8
• 申請(qǐng)日: 2020-03-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111430829B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬亞赟;周向陽(yáng);楊娟;唐晶晶;王輝;周昊宸;劉曉劍;王鵬;周進(jìn)輝;周向清;周昶猷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué);湖南烯富環(huán)保科技有限公司;湖南宸宇富基新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/54
• 分類號(hào): H01M10/54;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種生物質(zhì)廢料協(xié)助下的廢舊鋰電池正極材料回收再生方法，屬于資源循環(huán)利用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以生物質(zhì)廢料為還原劑，將廢舊動(dòng)力鋰電池的回收與三元正極材料的再生有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，低成本實(shí)現(xiàn)了廢舊動(dòng)力鋰電池的循環(huán)利用；工藝流程短、合成成本低、適合大規(guī)模生產(chǎn)，再生的鎳鈷錳三元正極材料性能優(yōu)異，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于資源循環(huán)利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及廢舊鋰離子電池中正極材料的回收并循環(huán)制備再生的三元正極材料。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著化石燃料的日益消耗以及人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，化學(xué)電源作為替代能源已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，尤其是在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域方面的應(yīng)用。動(dòng)力鋰電池急劇增長(zhǎng)的同時(shí)也造成了一大批廢舊鋰離子電池的產(chǎn)生，據(jù)中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心預(yù)測(cè)，依據(jù)2015年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量30多萬(wàn)輛，以及2020年新能源汽車(chē)保有量約500萬(wàn)輛估算，到2020年，我國(guó)僅混合動(dòng)力和純電動(dòng)(含插電式)乘用車(chē)的動(dòng)力電池，累計(jì)報(bào)廢量將達(dá)到12-17萬(wàn)噸。廢舊動(dòng)力鋰離子電池中含有鎳、鈷、錳等高價(jià)值金屬，采取一定的處理手段對(duì)廢舊電池進(jìn)行回收再利用，不僅能夠減輕對(duì)環(huán)境的影響，還可以實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

目前，廢舊動(dòng)力鋰電池的處理方法基本分為預(yù)處理、二次處理及深度處理三個(gè)方面。預(yù)處理是經(jīng)過(guò)放電、拆解、分選以后得到正極片；二次處理的目的是實(shí)現(xiàn)正極活性物質(zhì)與鋁箔的分離，主要方法有：熱解法、有機(jī)溶劑分離法、堿浸法等；深度處理包括浸出和分離提純兩個(gè)部分，主要是實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬的回收，傳統(tǒng)方法對(duì)有價(jià)金屬資源的回收利用中，一般以金屬鹽的形式分別回收，在金屬分離除雜過(guò)程中，工序復(fù)雜，易產(chǎn)生二次污染，回收生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)傳統(tǒng)工藝的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種生物質(zhì)廢料協(xié)助下的廢舊鋰電池正極材料回收再生方法，首先采用生物質(zhì)廢料對(duì)廢正極粉進(jìn)行還原焙燒；水浸得到水浸液和水浸渣；水浸液用來(lái)制備鋰源；水浸渣通過(guò)酸浸得到酸浸液；酸浸液除雜后的凈化液采用快共沉淀+水熱法制備前驅(qū)體；最后通過(guò)混鋰焙燒，在較短的焙燒時(shí)間下制備出再生三元正極材料。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種生物質(zhì)廢料協(xié)助下的廢舊鋰電池正極材料回收再生方法，包括以下步驟：

第一步：還原焙燒

生物質(zhì)、廢正極粉在保護(hù)氣氛、700～800℃的溫度下進(jìn)行還原焙燒，得到還原焙燒料；其中，生物質(zhì)的加入量為廢正極粉質(zhì)量的10-30％；

第二步、水浸

將第一步的還原料進(jìn)行水浸，得到水浸液與水浸渣；

第三步、鋰源的制備

以第二步所得水浸液為原料，經(jīng)沉淀，回收得到鋰源；

第四步、酸浸

將第二步所得水浸渣在酸性體系作用下，酸浸得到酸浸液；

第五步、三元前驅(qū)體制備

將第四步的酸浸液經(jīng)除雜處理，得到凈化液，調(diào)整凈化液中鎳鈷錳的比例，預(yù)先經(jīng)快速共沉淀后，再經(jīng)水熱反應(yīng)，制備出三元前驅(qū)體；

第六步、三元正極材料制備

將第五步的三元前驅(qū)體與第三步所得鋰源研磨均勻后焙燒，得到新的三元正極材料。

本發(fā)明創(chuàng)新地采用生物質(zhì)(有機(jī)碳源)作為還原成分，將其在所述的條件下參與廢正極粉的還原焙燒，研究發(fā)現(xiàn)，采用有機(jī)質(zhì)參與該類反應(yīng)，相較于現(xiàn)有的碳單質(zhì)類還原劑，能夠意外地更利于鋰從廢正極材料晶格中分離，有助于從根本上解決廢正極的回收問(wèn)題。此外，進(jìn)一步配合本發(fā)明所述的預(yù)先沉鋰以及鎳鈷錳的快速共沉淀和水熱工藝，配合后續(xù)的配鋰固體焙燒，能夠有效改善回收得到的正極材料的晶相、形貌，粒徑以及均勻度，能夠改善改善回收得到的正極材料的比容量和循環(huán)性能，此外，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)原料的充分回收，物料再生效果好，成本低。