[發明專利]一種回收利用廢舊鈷酸鋰電池的方法

在審

• 申請號: 202110778048.5
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113428905A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 項宏發;葉鵬;候香龍;徐義儉;崔德龍;梁鑫;孫毅;馮緒勇
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;C01G49/00;H01M10/54;H01M10/054
• 代理公司: 北京山允知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11741
• 代理人: 胡冰

本發明提供了一種回收廢舊鈷酸鋰電池正極材料制備鈉離子電池正極材料的方法，根據該方法制備的鈉離子電池正極材料，以及包括該正極材料的鈉離子電池。所述方法通過將回收廢舊鈷酸鋰電池正極材料中的鈷酸鋰進行燒結處理，然后加入到Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂(NFMO)中并進行研磨、空氣氛圍燒結得到鈷酸鋰改性后的NFMO。以回收的廢舊鈷酸鋰材料為原料改性的鈉離子電池正極材料可以同時提升鈉離子電池層狀正極材料Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂的循環性能和倍率性能。

技術領域

本發明涉及一種回收電池的方法，特別涉及回收廢舊鈷酸鋰電池正極材料制備鈉離子電池正極材料的方法，根據該方法制備的鈉離子電池正極材料，以及包括該正極材料的鈉離子電池。

背景技術

鋰離子電池(lithium-ion batteries，LIBs)具有高能量/功率密度、無記憶效應、長循環壽命等優點，已廣泛應用于多種中小型電子設備和大規模儲能領域中。鈷酸鋰電池作為早期商業化應用鋰離子電池中的一員，其回收和再利用的問題迫切需要解決。一方面廢舊鈷酸鋰電池中含有大量的金屬元素(鈷、鋰、鋁和銅)，其有效回收對于鋰離子電池發展具有重要意義；另一方面，電池中的有機溶劑和鋰鹽等有害物質若不進行任何處理而隨意丟棄，必將對人類自身和環境造成嚴重的傷害和污染。因此，回收廢舊鈷酸鋰電池會帶來經濟和環境的雙重效益，對人類和生態環境的可持續發展具有重要意義，已經成為目前科學家研究的重要問題。地殼中鋰資源有限和其在全球分布不均等問題限制了鋰離子電池的應用和發展，尋找和發展有效的替代品至關重要。同一主族的鈉和鋰具有相似的性質且在地殼中儲量豐富，此外鈉離子電池和鋰離子電池具有相似的儲能機理，可以作為鋰離子電池的有效替代品，并且因為成本低廉為大規模儲能提供了可能。

鋰/鈉離子電池一般由正極、負極、隔膜、電解液及電池殼組成。其中，正極材料是鋰/鈉離子電池中非常重要的組成部分，一是因為其價格昂貴，占據整個電池成本的40％以上，二是正極材料是大部分鋰/鈉離子電池的“鋰/鈉源”，但相比較負極其儲鋰能力較弱，故其性能的好壞決定了鋰、鈉離子電池的能量密度。所以要想降低鋰/鈉離子電池的成本，提高其能量密度，必須要好好考慮合適的正極材料。理想的正極材料應該具備有比容量大、工作電壓高、倍率性能好、循環壽命長、安全性好、廉價、綠色環保易制備等條件。

對于眾多鈉離子電池正極材料而言，過渡金屬氧化物正極(通式為Na_xTMO₂，0x≤1；TM＝Cu、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、V及其混合物)因為其理論比容量高、工作電壓范圍廣、合成方法簡單、原材料價格便宜和環境友好等優點成為當前的研究熱點之一，其中P2型層狀Fe-Mn基氧化物正極材料Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂更是其中的代表材料，在1.5-4.3V的工作電壓下理論比容量可達190mAh/g。但是較差的循環性能和倍率性能限制了其實際的應用，因此如何改善其循環和倍率性能以代替鋰離子電池應用于大規模儲能領域具有重要的意義。

然而，盡管P2型鈉離子電池層狀正極材料Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂擁有理論比容量高、原材料成本低廉、合成方法簡單等諸多優點，但是其循環性能和倍率性能仍然有待提升。

體相摻雜是一個很好的改性方案，考慮到生產成本，摻雜金屬離子已經是商業開發中最可接受的方法，常見的摻雜元素有Mg、Al、Sn、Co、Li，Cu等，不同的元素摻雜會有著不同的作用機理，經過摻雜后的樣品循環性能或者倍率性能都會有一定的提升。然而，7倍率性能中的一種，很難做到同時提高循環和倍率性能的作用。