[發明專利]一種廢鋰離子電池三元正極材料的修復方法

在審

• 申請號: 202310550610.8
• 申請日: 2023-05-16
• 公開（公告）號: CN116646631A
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 周嘉輝;徐盛明;周夏;喻文昊;胡杰輝;尚振
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;H01M10/0525
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 彭伶俐

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種廢鋰離子電池三元正極材料的修復方法。修復方法包括將廢鋰離子電池三元正極材料從電池正極片上剝離后進行球磨；配置含鋰鹽的飽和有機溶劑；將配置的含鋰鹽的飽和有機溶劑和球磨后的廢鋰離子電池三元正極材料混合后放入密閉反應釜中攪拌反應；反應后過濾得到固體物；將過濾得到的固體物和碳酸鋰混合后燒結，得到新的三元正極材料。本發明的修復方法利用鋰離子在有機溶劑中的高擴散性，在低溫低壓下使得廢鋰離子電池三元正極材料的鋰元素含量得到恢復，修復后三元正極材料的擴散動力學更好，電化學性能更佳。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種廢鋰離子電池三元正極材料的修復方法。

背景技術

目前工業上循環利用廢鋰離子電池三元正極材料的方法是濕法冶金法或火法冶金法，這兩種方法具有高能耗、高污染和低收益的問題。為了避免上述問題，直接修復法被提出。目前的直接修復技術主要解決的是廢鋰離子電池三元正極材料中的鋰缺失和表面結構演變問題。已有的直接修復技術包括水熱法、熔融鹽法、固態燒結法等。水熱法是利用水作為溶劑，氫氧化鋰作為鋰源，在高溫高壓下進行廢鋰離子三元正極材料的補鋰。補鋰之后再通過水洗去除過量鋰鹽和高溫燒結。水熱法修復后的三元正極材料在1C條件下循環100圈后的容量保持率為82％，低于商業三元正極材料。并且水熱法需要的反應溫度通常在220攝氏度以上，反應過程壓力高，具有一定的危險性。熔鹽法和固態燒結法相似，將廢鋰離子電池三元正極材料與鋰鹽混合加熱，利用鋰離子在高溫中的自由擴散使得鋰缺陷得到修復，由于鋰離子緩慢的擴散動力學使得廢鋰離子正極材料中的鋰缺陷不能得到有效修復，修復后三元正極材料的電化學容量低于商業三元正極材料。除此之外，固態燒結法通常在修復廢三元正極材料之前需要精確計算鋰缺失含量，然后精確配鋰，該過程非常復雜，不利于大規模應用。

發明內容

本發明提供一種廢鋰離子電池三元正極材料的修復方法，用以解決現有廢鋰離子電池三元正極材料的修復方法存在的上述技術問題。

根據本發明的第一方面，本發明提供一種廢鋰離子電池三元正極材料的修復方法，包括如下步驟：

步驟(1)：將廢鋰離子電池三元正極材料從電池正極片上剝離后進行球磨；配置含鋰鹽的飽和有機溶劑；

步驟(2)：將配置的所述含鋰鹽的飽和有機溶劑和球磨后的廢鋰離子電池三元正極材料混合后放入密閉反應釜中攪拌反應，過濾得到固體物；

步驟(3)：將過濾得到的所述固體物和碳酸鋰混合后燒結，得到新的三元正極材料。

上述方案中，本發明一種廢鋰離子電池三元正極材料的修復方法將廢鋰離子電池三元正極材料從電池正極片上剝離后進行球磨，以去除廢鋰離子正極材料表面的非活性成分并且去除裂紋，將配置的含鋰鹽的飽和有機溶劑和球磨后的廢鋰離子電池三元正極材料混合后放入密閉反應釜中攪拌反應，利用了更有利于鋰離子擴散的有機溶劑進行溶劑熱法修復，利用鋰離子在有機溶劑中的高擴散性，無需精確計算廢鋰離子電池三元正極材料中的鋰缺失含量，在低溫低壓條件下使得廢鋰離子電池三元正極材料的鋰元素含量得到恢復，修復后三元正極材料的擴散動力學更好，修復后的三元正極材料的電化學性能更佳。將過濾得到的固體物和碳酸鋰混合后燒結，高溫燒結引入鋁進入晶格使得修復后的新的三元正極材料結構更加穩定。本發明的修復方法采用廢鋰離子電池正極材料的直接修復方法，流程短且無需大量化學試劑的使用，能耗更低。

進一步地，所述步驟(1)中，所述含鋰鹽的飽和有機溶劑中的鋰鹽為硝酸鋰或醋酸鋰。

上述方案中，選用硝酸鋰或醋酸鋰作為鋰鹽，能溶于有機溶劑中，有利于鋰離子的擴散，進而有利于后期材料的修復。

進一步地，所述步驟(1)中，所述含鋰鹽的飽和有機溶劑中的有機溶劑為甲醇、乙醇或丙酮。

上述方案中，基于成本和環保性的考慮，選用甲醇、乙醇或丙酮作為有機溶劑。