[發(fā)明專利]一種廢舊鋰離子電池正極活性材料的修復(fù)再生方法及獲得的再生正極活性材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011223469.3
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號(hào): CN112349989B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢江鋒;吳晨;艾新平;楊漢西
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/54
• 分類號(hào): H01M10/54;H01M10/42;H01M10/0525
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 董明艷

本發(fā)明提供了一種廢舊鋰離子電池正極活性材料修復(fù)再生方法及獲得的再生正極活性材料。包括以下步驟：將回收的廢舊鋰離子電池完全放電后拆解，通過溶劑浸泡和離心分離取出廢舊正極活性材料，將收集的廢舊正極活性材料加入芳基鋰試劑中，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，經(jīng)過濾洗滌烘干，即可得修復(fù)再生后的正極活性材料。本發(fā)明大幅簡化了回收再生流程，不需要高溫煅燒、酸浸等繁瑣工藝。整個(gè)過程可在室溫下溫和進(jìn)行，降低了能耗與成本，在避免資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的同時(shí)，也將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種廢舊鋰離子電池回收技術(shù)，特別是涉及一種廢舊鋰離子電池正極活性材料的修復(fù)再生方法及獲得的再生正極活性材料。

背景技術(shù)

鋰離子二次電池在手提電腦、移動(dòng)通訊、電動(dòng)工具等方面具有廣泛應(yīng)用。經(jīng)過多年的大規(guī)模使用，鋰離子電池已經(jīng)開始迎來退役高峰期。預(yù)計(jì)到2020年，全球鋰離子電池報(bào)廢量為32.2GWh(約50萬噸)，這些報(bào)廢的電池應(yīng)該如何處置已成為一個(gè)不容小覷的問題。一方面，廢舊鋰離子電池含有多種有害物質(zhì)，如有機(jī)溶劑，重金屬和有毒氣體。另一方面廢舊鋰離子電池的正極材料，通常含有鋰、鈷、鎳、錳及鐵、鋁等有價(jià)金屬元素。因此，發(fā)展廢舊鋰電池回收技術(shù)，在避免資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的同時(shí)，也將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

鋰離子電池正極活性物質(zhì)回收或再次資源利用化的技術(shù)中比較成熟的是火法冶金和濕法冶金。火法冶金技術(shù)需要在高溫下對(duì)廢舊正極材料進(jìn)行煅燒處理，得到的產(chǎn)品是含有過渡金屬的合金與鋰鹽。火法冶金后續(xù)需要結(jié)合還原焙燒或者鹽焙燒技術(shù)進(jìn)一步提煉貴重的過渡金屬元素和鋰金屬元素。濕法冶金技術(shù)又稱作浸出再生，主要是利用酸或堿將難溶的廢舊正極材料進(jìn)行溶解，再結(jié)合后續(xù)的共沉淀方法將不同的金屬元素進(jìn)行分離純化。

分析現(xiàn)有技術(shù)，火法冶金回收需要在約1000℃的高溫下進(jìn)行，造成巨大的能量消耗；濕法冶金則需要強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等化學(xué)物質(zhì)，產(chǎn)生大量廢水和污染環(huán)境。另外這些方法的工藝步驟繁多，工藝參數(shù)(如煅燒溫度、焙燒氣氛、浸出pH、浸出劑濃度等)需要嚴(yán)格控制，回收成本較高。

通過文獻(xiàn)調(diào)研，并深入分析鋰離子電池的失效機(jī)制可知，電池容量衰減的一個(gè)主要原因是由于在循環(huán)過程中，正極晶格中脫出的Li⁺，在石墨負(fù)極表面持續(xù)參與電解液的復(fù)分解反應(yīng)形成固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI膜)，導(dǎo)致正極晶格中鋰缺失，因此循環(huán)容量逐漸衰減。因此，理論上只需對(duì)回收的正極材料中缺失的鋰進(jìn)行補(bǔ)充，就可使材料恢復(fù)原先的性能。例如，公開號(hào)為CN 111224187 A的專利申請報(bào)道了一種直接修復(fù)再生廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料的方法，利用回收得到材料作為正極，與預(yù)鋰化后的石墨(硅碳)組裝全電池電芯。然而，該方法需要重復(fù)拆裝電池并進(jìn)行充放電處理，因而不適合大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種高效、低成本的廢舊鋰離子電池正極活性材料修復(fù)再生技術(shù)以及獲得的再生正極活性材料。本發(fā)明利用芳基鋰試劑的強(qiáng)還原性對(duì)回收的廢舊正極活性材料進(jìn)行補(bǔ)鋰，使其性能恢復(fù)如初，本發(fā)明方法整個(gè)過程可在室溫下進(jìn)行，不會(huì)破化原始材料結(jié)構(gòu)，該方法工藝流程簡單，所需試劑量少且可選范圍較廣，材料補(bǔ)鋰效果優(yōu)異、回收再生高效快捷。更重要的是，本發(fā)明方法不涉及高溫煅燒過程，能耗低且無二次污染，具有很高的環(huán)境效益。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述第一個(gè)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種廢舊鋰離子電池正極活性材料的修復(fù)再生方法，包括如下步驟：

(1)將回收的廢舊鋰離子電池完全放電后拆解，通過溶劑浸泡和離心分離取出廢舊正極活性材料；

(2)通過元素分析方法，測定步驟(1)分離出的廢舊正極活性材料中鋰缺失量；

(3)向分離出的廢舊正極活性材料中加入芳基鋰試劑，攪拌至反應(yīng)液呈無色，離心、洗滌、干燥，即可得到再生正極活性材料；其中：所述芳基鋰試劑中芳基鋰的摩爾量與廢舊正極活性材料中鋰缺失摩爾量之比≥1。