[發明專利]一種磷酸鐵鋰廢舊電池中磷酸鐵鋰的直接回收再利用的方法

有效

• 申請號: 202010561889.6
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111792633B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 郭玉國;孟慶海;范敏;殷雅俠
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C01B25/26
• 分類號: C01B25/26;C01B25/45;C01B25/37;H01M10/54
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

一種磷酸鐵鋰廢舊電池中磷酸鐵鋰的直接回收再利用的方法，包括步驟：從廢舊磷酸鐵鋰電池中分離正極片；清洗并干燥正極片；對正極片進行模切；利用雙層共擠或者涂覆工藝制備功能化補鋰隔膜；將待用正極片、功能化補鋰隔膜、待用石墨負極、電解液重新組裝新電池；所述功能化補鋰隔膜由補鋰層和基膜層組成，所述補鋰層包括補鋰劑、聚合物基材、增韌劑。本發明通過雙層共擠或者在普通隔膜上涂敷具有高不可逆容量的含鋰化合物，制備出功能化補鋰隔膜，功能性補鋰隔膜搭配模切后的磷酸鐵鋰廢舊電池中的正極片及其他部分重新組裝新電池，既經濟、便捷、高效的實現磷酸鐵鋰的回收再利用，又避免了分離正極材料的前處理和重新制備正極片的步驟。

技術領域

本發明屬于磷酸鐵鋰廢舊電池回收技術領域，具體涉及一種磷酸鐵鋰廢舊電池中磷酸鐵鋰的直接回收再利用的方法。

背景技術

鋰離子電池中主要包含正極片、負極片、電解液和隔膜。其中正極的制造成本占整個電池制造成本的30-50％，相對于其他組分而言其具有較大的回收價值，也是目前鋰離子電池回收的重點和難點。而對于石墨負極，活性材料的損失導致的活性表面降低和石墨電極的片層剝離也被認為是低倍率下導致電池老化的主要原因。由于長時間循環導致石墨負極普遍存在析鋰和脫粉現象，失去了直接再生利用的價值，且考慮石墨負極的成本低，對其進行回收利用也不具有經濟效益，主要是正極材料的回收利用。

目前，關于電池正極回收主要針對的一些富含貴金屬(鎳，鈷，錳)的二元或者三元正極材料。自1997年LiFePO₄(LFP)被發現并將其應用于鋰電池正極以來，對于磷酸鐵鋰的改性和優化的研究層出不窮，如今，LFP已成為電動汽車領域的代表材料，搭配石墨的鋰電池由于其良好的循環穩定性、一致性和低成本特點，成為主要的動力源，這一點在中國尤為明顯。2015年動力電池的產量達到15.7GWh，其中LFP約占總產量的69％。也因此，退役磷酸鐵鋰電池占據了廢舊電池回收市場的很大一部分，如果不對廢舊電池進行合理的回收和再利用，不僅是資源的浪費也將給環境帶來巨大負擔，同時廢舊電池的大量堆積得不到及時的處理也將帶來嚴重的安全隱患。地球上鐵資源豐富，價格低廉，廠家一般因為成本和技術上的原因缺乏意愿從磷酸鐵鋰電池中回收正極材料，而是直接廢棄處理，一方面對環境造成污染，一方面也是資源浪費。主要原因是磷酸鐵鋰回收時，活性鋰離子的損失是造成LiFePO₄動力電池失效的最主要的原因，而補充鋰離子又可在一定程度幫助恢復其電化學性能，但一般補鋰的方法，無論是正極補鋰法，還是負極補鋰法，都需要對磷酸鐵鋰材料進行破壞性的工藝操作，無法保持正極片結構完整性，所以現有技術中磷酸鐵鋰回收中要么是在水相中將鋰、鐵、磷沉淀出來，要么通過各元素的添加量重新煅燒，工藝較為繁瑣，成本高昂，不適合大規模的工業化生產。