[發明專利]一種集成式廢舊鋰離子電池層狀正極材料的再生方法

在審

• 申請號: 202310329603.5
• 申請日: 2023-03-30
• 公開（公告）號: CN116169391A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 錢江鋒;吳晨;張鳳學;張燕輝;翟建明;徐銘禮;艾新平
• 申請（專利權）人: 武漢大學;百杰瑞（荊門）新材料有限公司
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;H01M10/0525;H01M4/525;C01G53/00;C01G51/00
• 代理公司: 武漢同譽知識產權代理有限公司 42320
• 代理人: 董明艷

本發明公開了一種集成式廢舊鋰離子電池層狀正極材料的修復再生方法，所述方法包括如下步驟：(1)將回收的廢舊鋰離子電池完全放電后拆解，分離并收集包含層狀正極活性材料的黑色粉末，即正極黑粉；(2)常溫常壓下，向收集到的正極黑粉中加入鋰化試劑，攪拌反應1?4h后離心、洗滌、干燥，即可得到鋰化態的再生正極黑粉；(3)向鋰化態的再生正極黑粉中加入過渡金屬原料，在空氣或氧氣氣氛下升溫至600?900℃保溫煅燒1?4h，即可得到修復再生的層狀氧化物正極材料。本發明方法工藝流程簡單，避免了復雜高成本的正極活性材料前處理除雜分離過程，采取的短時煅燒過程中涉及過渡金屬元素的補償，能夠更加高效完整地修復層狀正極的晶體結構。

技術領域

本發明涉及一種廢舊鋰離子電池層狀正極直接修復再生技術，特別是涉及一種集成式廢舊鋰離子電池層狀正極材料的修復再生方法。

背景技術

鋰離子電池是能夠將空間時間分布不均的可再生能源(如太陽能和風能等)進行高效可逆轉化與存儲的電化學器件。從鋰離子電池的8-10年的生命周期來考慮，未來十年將迎來鋰離子電池退役的高峰期。據測算，2025年中國退役動力電池數量將超過70萬噸而全球鋰電池回收市場規模將超過2000億美元。

過渡金屬層狀氧化物是鋰離子電池中應用最廣泛的正極材料，在便攜式儲能器件和中高端層次新能源汽車中都發揮了關鍵作用。層狀正極中高含量的過渡金屬元素(如Ni和Co)不僅具有很高的經濟價值，而且還是重要的戰略資源。高效利用退役鋰離子層狀正極中的高價值過渡金屬元素對于保障全產業供應鏈安全，完成碳達峰、碳中和目標至關重要。

常規的層狀正極回收方法主要涉及火法冶金和濕法冶金手段，這兩種方法分別借助高溫過程和腐蝕性化學試劑打斷層狀正極晶格中的金屬-O化學鍵來實現對Ni和Co的分離提取。從層狀正極的失效機制來看，其在鋰庫存損失的基礎上疊加過渡金屬離子溶出、不可逆相變、內部微裂紋等結構失效問題，而大部分殘余能量仍穩定地存儲在核心的主體晶格結構中。因此，破壞性的冶金技術在引入巨量能量輸入的同時又浪費了退役層狀正極中的殘余能量，不符合低碳經濟和碳中和的發展需求。非破壞性的直接再生技術是在不犧牲層狀正極原有殘余能量的基礎上針對其失效原因進行針對性鋰補償和結構修復，在極少的能量和物質輸入下即可實現良好的修復效果。例如，授權公告號為CN113846235B的發明專利中表示將貧鋰的廢舊正極在富鋰溶液中通過溶劑熱反應可以實現廢舊正極中鋰元素的閉環再利用。需要指出的是，該方法只能向正極晶格中補充損失的Li元素而無法完全由過渡金屬離子溶解、微裂縫生成和不可逆相變造成的結構缺陷。此外，該技術在補鋰這一階段仍需要較高能量輸入。

基于上述理由，提出本申請。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺點，本發明的目的在于提供一種低能耗、低成本、前處理與再生利用集成式的廢舊鋰離子電池層狀正極材料修復再生技術。

本發明首先利用具有適中還原性的鋰化試劑(包括雜環芳烴鋰試劑或芳香酮鋰試劑)對廢舊層狀正極材料進行室溫常壓鋰補償，然后結合后續低能耗的短時煅燒過程對層狀正極的晶體結構進行修復并使其性能恢復如初。