[发明专利]一种制备锂离子电池阴极材料的方法

说明书

技术领域：

本发明属于电池材料制备的技术领域，具体涉及一种制备锂离子电池阴极材料的方法。

背景技术：

自20世纪90年代以来，由于锂离子电池因充电电压高、比能量大、循环寿命长、安全性好、无公害、无记忆效应、自放电小等优点而得到大发展。现该电池已广泛应用于便携式电子产品领域，包括移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、医疗器械等。近年来，世界电池的产销量一直以每年超过10％的速度增长。我国是世界上最大的电池生产国和消费国。制备锂离子电池的阴极材料前期主要为钴酸锂，近年来镍钴锰酸锂和锰酸锂等材料也得到了应用。以钴的消耗为例，中国每年生产电池就需要金属钴3000t以上，其中，60%以上的钴要依靠进口。电池在寿命终结后所含物质依然存在于电池中，如随意抛弃或与其它垃圾一起进入自然界，则电池中所含活性物质很容易渗透到土壤中，并污染地下水，进而进入鱼类、农作物中，破坏人类的生存环境，间接威胁到人类的健康。同时，电池中所含的物质也是工业生产中重要的原料，废旧锂离子电池中所含的钴、铜、镍、锂等尤其具有工业应用价值。为此，近年来人们对正极材料的回收利用展开了大量研究。给出的回收锂离子电池阴极活性物质的方法主要基于湿法冶金工艺，即先把阴极材料收集在一起，然后通过酸溶解，并经过沉淀或萃取等方法使材料中的有价物质得到分离提纯。该过程以从废旧电池中回收得到纯化合物为目标。实际上，无论是锂离子电池阴极材料在循环使用以后，还是在电池制备过程中产生的阴极边角料，他们中的活性物质组成都没有发生变化，因此可以对这些物质采用简单的方法进行循环再生。此外，根据近期锂离子电池阴极的发展情况可知，除了钴酸锂外，镍钴锰酸锂和锰酸锂等材料也在电池中得到应用或可能应用到电池中，这使得废旧锂离子电池的阴极材料种类变的复杂，前期开发的一些只能回收钴酸锂的回收处理方法在实践中没有用武之地。根据以上情况，开发能符合现有锂离子电池阴极废料生成情况的工艺，特别是还能满足经济实用的技术就显得尤其重要和迫切。

发明内容：

本发明的目的是在充分考虑锂离子电池阴极材料和电池生产中阴极边角料的生成情况，提供一种简单易行、经济实用，可规模化循环利用锂离子电池阴极材料的制备锂离子电池阴极材料的方法。

本发明的制备锂离子电池阴极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、分离出废旧锂离子电池阴极片上的阴极材料或者锂离子电池生产边角料中的阴极材料；

b、测定分离出的阴极材料中各有用元素所占的质量比，根据制备锂离子电池阴极材料的原材料的元素质量比，通过计算在分离出的阴极材料中添加所不足元素的化合物来达到目标物的化学计量比，然后制备锂离子电池阴极材料。

步骤a中，所述的分离出废旧锂离子电池阴极片上的阴极材料优选为：在无水环境中，把废旧电池的外壳打开，分离出其中的阴极片，将阴极片浸泡于碳酸二甲酯中，使阴极片所含的电解液杂质溶于碳酸二甲酯中，再过滤，收集阴极片，再通过超声波或刷洗使阴极片上的阴极材料从铝集流体片上脱落下来，再经筛分使阴极材料与铝集流体片分离，获得阴极材料。

步骤a中，所述的分离出锂离子电池生产边角料中的阴极材料优选为：通过超声波或刷洗使锂离子电池生产边角料中的阴极材料从铝集流体片上脱落下来，再经筛分使阴极材料与铝集流体片分离，获得阴极材料。

所述的分离出的阴极材料为钴酸锂、镍钴锰酸锂和锰酸锂中的一种或多种混合物。

所述的步骤b的制备锂离子电池阴极材料，其优选为：将分离出的阴极材料和添加所不足元素的化合物经粉碎然后混合均匀，经过高温固相法重新制得锂离子电池阴极材料。

所述的粉碎可以为球磨或超声波粉碎。

所述的高温固相法重新制得锂离子电池阴极材料，其优选步骤为：将混合均匀的材料进行煅烧，每次煅烧温度为600℃～920℃，煅烧时间为5-20小时，由此得到锂离子电池阴极材料。