[發明專利]一種廢磷酸鐵鋰補鋰修復方法和應用

有效

• 申請號: 202110332731.6
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113072052B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 孫靜;江鎮宇;王文龍;賈平山;于冠群;宋占龍;毛巖鵬;趙希強
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C01B25/45
• 分類號: C01B25/45;C01B32/19;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/42;H01M10/54
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發明涉及廢舊動力鋰離子電池回收、循環利用技術領域，具體為一種廢磷酸鐵鋰補鋰修復方法和應用，采用微波水熱法制備再生的磷酸鐵鋰或采用微波水熱法修復磷酸鐵鋰的同時還原氧化石墨烯包覆改性，得到再生的磷酸鐵鋰/還原氧化石墨烯。該方法能夠有效克服傳統火法或濕法分離再合成過程緩慢、回收效率低、流程繁瑣、成本高、二次污染等不足。

技術領域

本發明涉及廢舊動力鋰離子電池回收、循環利用技術領域，具體為一種廢磷酸鐵鋰補鋰修復方法和應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

近年來，為了滿足諸如新能源動力汽車、清潔能源電網系統、5G基站等新興技術體系的儲能需求，研究人員在開發高性能鋰離子電池電極材料方面不遺余力。然而，目前商用鋰離子電池以及下一代可充電電池的可持續性問題卻并沒有得到高度的重視?？紤]到實現經濟、能源、環境、資源可持續發展的重要性，開發有效的廢電池資源化回收策略，將有利于循環利用廢棄電池中有價值的物質，減少初次生產的資源和能耗投入，減少廢舊電池處置對環境的污染，促進鋰電行業可持續發展，尤其是在下游環節。同時，預計到2030年，全球鋰離子電池的回收市場將達到237.2億美元。因此，鋰離子電池的回收利用將帶來巨大機遇，但同時這又是一個極具挑戰性的問題。

特別在新能源動力設備領域，商用的鋰離子電池主要有兩類：一類是正極材料為磷酸鐵鋰(LiFePO₄簡稱LFP)電池；另一類為三元材料(LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂簡稱NMC等)電池。LFP電池以其較長的循環性能和壽命(平均5-8年)、較高的安全性和熱穩定性、較低的生產成本，已經占據了整個鋰電行業將近1/3的市場，但較低的能量密度成為制約其發展的瓶頸。在未來用戶對高電壓、高能量密度的需求下，LFP體系將逐步被日趨成熟的高端三元體系動力鋰電池所替代。

目前，國內外對鋰離子電池電極材料資源化回收利用的技術路線主要分為兩類：一是“減法”類破壞性回收，即通過金屬分離手段實現金屬物質或電極原材料的回收；二是“加法”類修復性回收，即通過修復改性手段實現材料的直接再生。前者通常是火法和濕法冶金過程的有效結合，并已經在商業上實現了對Co、Ni、Li的回收，這些過程往往包含了拆解、冶煉、酸浸、化學沉淀、萃取分離等，最后以簡單化合物的形式回收并用來在生產新的正極材料。例如，中國專利CN108899601A、中國專利CN106910959A，雖然這樣的回收過程成本不低，但的確回收到了價值很高的過渡金屬(如Co可以賣到30$/kg)，從而獲得了一定的收益。但是，能耗和化學試劑的投入依然帶來了較大的溫室氣體排放和二次污染。再者，大部分正極材料的價值主要體現在它們初次生產中與眾不同的物質結構組成上，通過這種銷毀性的回收過程，他們原本的結構特點也都完全喪失。因此，相比于銷毀性的回收，能耗更小、污染更小的修復性的回收更值得提倡，尤其是對于LFP這種本身不含有貴金屬的正極材料而言。LFP中有價金屬含量較少，如采用濕法回收Li和Fe的方案則經濟價值較低，更適合采用再生LFP的方法。該方法不僅具有更高的回收效益，且資源的綜合利用率也更高。