[發明專利]一種等離子體修復鎳鈷鋁酸鋰電池負極石墨的方法

在審

• 申請號: 202211332016.3
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115708231A
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 殷衡
• 申請（專利權）人: 殷衡
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;H01M10/42
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本發明涉及鋰離子電池資源化利用領域，具體為一種等離子體修復鎳鈷鋁酸鋰電池負極石墨的方法：對廢舊電池進行拆解，在318～323℃的溫度下，將得到的廢正極粉料和廢負極石墨以導線連接形成外部電路、以熔融的氫氧化鈉?硝酸鋰混合物為電解液重新組合為原電池，從而達到修復廢負極石墨的目的；最終得到產品1電池級負極石墨、產品2電解液及產品3鋰雜鹽，且可將反應生成的電流回用于修復工藝。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池資源化利用領域，具體為一種等離子體修復鎳鈷鋁酸鋰電池負極石墨的方法。

背景技術

石墨具有可逆容量高、循環穩定性好等優點，被廣泛地用于制備鋰離子電池負極材料。隨著鋰離子電池需求量的迅速增長，不可避免的會產生大量報廢電池。面對大量鋰離子電池退役潮的來臨，石墨負極材料的回收處理與資源循環問題亟待解決。

鋰離子電池旺盛的市場需求帶動了上游負極石墨的出貨量，已形成了石墨負極材料供不應求的局面?？紤]到石墨的不可再生性以及其重要戰略資源的地位，將廢舊鋰離子電池中的石墨回收修復后用于鋰離子電池的生產既可以有效緩解石墨資源短缺的問題，同時也是減少廢棄石墨環境污染的的重要途徑。

將廢石墨回收并用于制備電池負極時，其循環穩定性差仍是主要難題。廢舊鋰離子電池負極石墨中的雜質主要由充放電過程中形成的SEI膜、不可逆脫嵌的鋰(Li_yC₆中的Li)、鋰晶枝(Li)、嵌入的大溶劑分子(來源于電解液)及少量電解液構成。其中不可逆脫嵌的鋰(Li_yC₆中的Li)及嵌入的大溶劑分子造成了負極石墨容量的衰減，嵌入的大溶劑分子還造成了負極石墨結構的破壞(形變)。負極石墨容量的衰減及形變是其循環穩定性差的主要原因。

因此將廢石墨回收并用于制備電池負極時，不僅要保證其純度，更要修復其容量和形變，確保其具有良好的循環穩定性。

發明內容

本發明的目的是在對鋰離子電池廢石墨進行除雜的同時修復其容量衰減及形變，使其回用于制備電池負極時具備良好的循環穩定性。

本發明的技術方案如下：

(1)對廢舊鎳鈷鋁酸鋰電池進行拆解，得到電池的廢正極粉料和廢負極石墨。

(2)取一定量廢正極粉料和廢負極石墨分別壓實后置于修復室內；壓實的廢正極粉料和廢負極石墨中間以壓實的氫氧化鈉-硝酸鋰混合物填充。

(3)以等離子體為熱源將修復室內的溫度維持在318～323℃；在此溫度下，氫氧化鈉-硝酸鋰混合物處于熔融狀態起到陰陽離子導體的作用、石墨中的SEI膜分解為各種鋰鹽、嵌入石墨的大溶劑分子從石墨晶格中脫出。

(4)將壓實的廢正極粉料和廢負極石墨兩端以導線連接形成外部電路，在高溫的活化作用下廢負極石墨中不可逆脫嵌的鋰(Li_yC₆中的Li)和鋰晶枝(Li)重新嵌入到廢正極粉料(Li_1-xNi_aCo_bAl_1-a-bO₂)的晶格中，對應的電子則由外部電路從廢負極石墨端移動到廢正極粉料端，從而得到修復后的負極石墨(C₆)和預修復的正極粉料(Li_1-x+y+zNi_aCo_bAl_1-a-bO₂)。

(5)將上述修復后的負極石墨用甲醇洗脫掉電解液成分后，再用純水洗脫掉SEI膜分解的各種鋰鹽，最終得到產品1電池級負極石墨。

(6)甲醇洗脫的電解液經精餾去除甲醇后得到產品2電解液，純水洗脫的鋰鹽經蒸發干燥后得到產品3鋰雜鹽。

其中：通過脫除石墨中不可逆脫嵌的鋰及嵌入的大溶劑分子，石墨的容量及形變得以修復。