[发明专利]一种用于碱性二次电池负极的磷酸铁锂电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于碱性二次电池负极的磷酸铁锂电极及其制备方法，属于废旧锂离子电池磷酸铁锂正极材料回收技术和碱性二次电池领域。本发明的技术方案要点为：一种用于碱性二次电池负极的磷酸铁锂电极，包括负极基体和负极基体上的活性物质，所述的活性物质按以下重量百分比制成：磷酸铁锂材料50%‑80%、添加剂10%‑40%、导电剂3%‑10%和粘结剂1%‑3%。本发明还公开了该用于碱性二次电池负极的磷酸铁锂电极的制备方法。本发明提供的磷酸铁锂电极用作碱性二次电池负极具有优异的电化学活性和循环可逆性，0.2C放电容量达到250mAh/g以上，5C放电容量达到220mAh/g以上。另外，本发明可以高效回收废旧锂离子电池正极材料并用于碱性二次电池负极，实现废旧磷酸铁锂材料的循环再生利用。

技术领域

本发明属于废旧锂离子电池磷酸铁锂正极材料回收技术和碱性二次电池领域，具体涉及一种用于碱性二次电池负极的磷酸铁锂电极及其制备方法。

背景技术

近些年来，得益于我国政府不断的政策扶持，社会大众环保意识的逐步加强，以及国内一批高校，科研单位及企业在动力电池，电池管理系统等方面的研发方面的持续努力，我国的电动汽车市场得到了快速发展。随着新能源车的快速产业化，其销量将突飞猛进，而锂离子动力电池的保有量也将会随之呈几何级数增长。而与此同时，废旧锂离子动力电池的环境污染问题和合理资源化回收利用的问题成为当前乃至今后国内外普遍关注和亟待解决的难题。该问题的解决不仅有利于环境的保护，更有利于资源的循环利用，具有重大的现实意义。

近些年来，国内外对废旧动力电池回收技术日益重视，并逐渐开展相关研究。锂离子电池类型不同，其回收方法也有差异。由于废旧磷酸铁锂材料不含有钴镍等贵重金属，其回收利用价值相对较低，采用现有的钴酸锂回收工艺进行回收无经济效益，对于废旧磷酸铁锂材料回收工艺的研究仍处于研发阶段。根据目前的文献报道，废旧LiFePO₄电池的回收方法主要有两大类，一种是湿法冶金法，另一种是修复再生法。湿法冶金工艺是采用机械方法破除电池金属外壳，后采取浸取、沉淀、离子交换、吸附等方法得到金属化合物，其回收得到的金属纯净度较高，但要用到大量的酸，碱，不仅成本高，而且容易造成二次污染。更重要的是，LiFePO₄电池中不含钴，镍等贵重元素，单纯回收某种元素经济效益不高。因此湿法冶金法回收磷酸铁锂动力电池极不适用，修复再生法成了目前废旧磷酸铁锂电池处理的主流方法，具有很高的回收效益，资源综合利用率最高。

修复再生法通常包括以下步骤：首先将回收到的废旧磷酸铁锂电池拆解，使用物理方法或化学手段将正极材料与极板分离。加入氢氧化钠溶液除去磷酸铁锂材料中残余的铝，之后热处理去除残余的导电剂和粘结剂。添加适当的铁源、锂源或磷源化合物将铁、锂、磷的摩尔比调整到1:1:1。最后加入碳源，经球磨、惰性气氛中煅烧得到新的磷酸铁锂正极材料。尽管有文献报道可以成功通过简单的补充锂和铁元素来修复正极材料，而这些测试通常都是半电池测试，且循环次数较短。发明人曾对固相修复和水热修复的方法进行过研究，发现该方法很难实现正极材料的电化学活性的完全再次修复，原因如下：回收来的正极材料由于使用时的状况不一样（包括循环次数和有无滥充滥放使用等），会造成回收材料的性质差异很大（包括粒径，加工性能，比表面积，碳含量等）。众所周知，磷酸铁锂动力电池通常对于正极材料的各方面技术指标都要求较高，将其简单的修复再生重新用于动力电池，发明人认为是很难实现的。因此，开发新的废旧锂离子电池磷酸铁锂正极材料回收再利用技术尤为重要，不仅可以节约资源，降低成本，而且可以保护环境。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种用于碱性二次电池负极的磷酸铁锂电极及其制备方法，该方法工艺简单，实现了废旧铁锂电池中磷酸铁锂材料的再次利用，有效地减少资源消耗，降低电池使用成本。