[發明專利]鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的回收再生方法

有效

• 申請號: 202010885617.1
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112110432B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 趙宇明;李艷;丁慶;謝佳;李書萍
• 申請（專利權）人: 深圳供電局有限公司
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;C01B32/05;H01M4/58;H01M10/0525;H01M10/54
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 紀婷婧

本發明公開了一種鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的回收再生方法，其包括如下步驟：獲取來自廢舊鋰離子電池中的含有磷酸鐵鋰的正極，采用清洗劑超聲處理正極，使得正極材料與集流體分離，清洗劑包括能夠溶解掉正極中粘結劑的有機溶劑；分析正極材料中的各元素比例，并向正極材料中補充鋰元素和/或磷元素至其中鋰元素、磷元素和鐵元素的物質的量的比例為(1～1.1):(1～1.1):1，制備前驅體；將前驅體與有機物碳源混合，于保護性氣氛下煅燒使得有機物碳源碳化，制備再生正極活性材料。該方法實現了對廢舊電池中的固體磷酸鐵鋰正極材料的直接回收及再生。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的回收再生方法。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、電壓高、自放電率低、壽命長和無記憶效應等優點，在消費類電子產品、電動交通工具以及智能電網等領域有著廣泛的應用。鋰離子正極材料主要是含鋰的氧化物或者磷酸鹽，在傳統技術中，常用的四種鋰離子電池的正極材料分別是鈷酸鋰(LiCoO₂)、鎳鈷錳酸鋰(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)，錳酸鋰(LiMn₂O₄)和磷酸鐵鋰(LiFePO₄)。從晶體結構上看，磷酸鐵鋰是橄欖石型結構，在充放電過程中經歷著磷酸鐵鋰相和磷酸鐵相的變化，充放電前后結構穩定，另外晶體中的磷氧鍵穩定，難以分解，因此擁有良好的安全性和循環穩定性。從組成成分上看，磷酸鐵鋰不含有貴金屬鈷和鎳，主要使用的鐵和磷元素含量豐富，來源廣泛且環境友好，大規模推廣的經濟優勢和技術進步必然會進一步降低成本。因此，磷酸鐵鋰體被廣泛的應用于動力電池和規模化儲能領域。

在多次循環充放電、以磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池在容量低于初始容量的80％之后往往需要經過容量篩選，經篩選合格的會被用于儲能系統，而不合格的則直接報廢處理。然而鋰離子電池中含有具有毒性和強腐蝕性的電解液，如果直接棄置于自然環境中，會對環境造成破壞。不僅如此，鋰離子電池中的金屬(例如，鐵和鋰)含量甚至超過其在天然礦石中的含量，純度和品質均較高，因此考慮實現鋰離子電池中磷酸鐵鋰的回收再生，不僅能夠避免對環境造成的污染，還能夠提高資源利用率，降低原材料的成本。

發明內容

基于此，有必要提供一種鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的回收再生方法。

根據本發明的實施例，一種鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的回收再生方法，其包括如下步驟：

獲取來自廢舊鋰離子電池中的含有磷酸鐵鋰的正極，采用清洗劑超聲處理所述正極，使得正極材料與集流體分離，所述清洗劑包括能夠溶解掉所述正極中粘結劑的有機溶劑；

分析所述正極材料中的各元素比例，并向所述正極材料中補充鋰元素和/或磷元素至其中鋰元素、磷元素和鐵元素的物質的量的比例為(1～1.1):(1～1.1):1，制備前驅體；

將所述前驅體與有機物碳源混合，于保護性氣氛下煅燒使得所述有機物碳源碳化。

在其中一個實施例中，獲取來自廢舊鋰離子電池中的含有磷酸鐵鋰的正極的方式包括如下步驟：使所述廢舊鋰離子電池放電完全后進行拆解，獲取其中的含有磷酸鐵鋰的正極。

在其中一個實施例中，用于補充鋰元素的材料選自碳酸鋰、氫氧化鋰、草酸鋰、磷酸氫二鋰、磷酸二氫鋰和乙酸鋰中的一種或多種；和/或

用于補充磷元素的材料選自磷酸氫二鋰、磷酸二氫鋰、磷酸二氫氨和磷酸氫二氨中的一種或多種。

在其中一個實施例中，在將所述前驅體與有機物碳源混合的過程中，還包括添加促進石墨化的助劑這一步驟，所述促進石墨化的助劑選自硼酸、碳化硼、氮化硼和碳化硅中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述有機物碳源選自葡萄糖、果糖、麥芽糖、蔗糖、聚乙二醇和糊精中的一種或多種。