[发明专利]一种利用废旧锂离子电池再制造正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用废旧锂离子电池再制造正极材料的方法，该方法包括：将废旧锂离子电池进行预处理得到正极废料粉末，对所述正极废料粉末进行低温等离子体烧结，得到修复改性后的正极材料。本发明适用范围广、技术灵活，突破了传统高温固相法的局限性，通过低温等离子体对预处理得到的正极废料粉末进行烧结，强化材料晶格修复和重构，得到活性物质经金属掺杂或金属化合物包覆改性后的正极材料，进而显著提升再制造正极活性材料的电化学性能，具有良好的市场前景。

技术领域

本发明涉及固体废物资源化回收领域，具体涉及一种废旧锂离子电池回收方法，尤其涉及一种由废旧锂离子电池再制造正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池由于具有较高的工作电压和能量密度，较宽的温度适用范围，可以快速充放电，自放电率低，并且循环寿命长、无记忆效应等独特优势，目前已在各种设备应用领域中逐步替代了传统电池。然而其产生的固体废弃物中含有难降解的有机溶剂以及金属离子，不仅造成资源浪费，还会对环境造成污染风险。所以，回收利用废旧锂离子电池，不仅能带来一定的经济效益，还可以避免或减轻其对自然环境的污染风险。

正极废料为废旧锂离子电池中环境风险高、资源化价值高、回收难度大的部分。针对正极废料，目前研究主要集中于高值金属含量高的正极废料(钴酸锂、镍钴锰酸锂三元材料等)中高值金属提取及其物理化学过程。

目前，对于废旧锂离子电池正极废料的回收处理主要包括溶剂萃取法、化学沉淀法、电沉积法以及离子交换法等，例如，高修艳以柠檬酸为溶剂来溶解废锂离子电池正极材料LiMn₂O₄(参见“从废旧锂离子电池制备锰酸锂正极材料的研究”，高修艳，中国优秀硕士学位论文全文数据库，2014)；孙亮釆用真空热解的方法预处理废旧锂离子电池正极材料，利用酸浸方法处理从铝箔上脱落的正极活性物质锂钴氧粉末(参见“废旧锂离子电池回收利用新工艺的研究”，孙亮，中国优秀硕士学位论文全文数据库，2012)；CN105895904A公开了一种制备和回收锂离子电池的正极活性材料的方法，将用于锂离子电池的乏锂正极活性材料与含锂离子的溶液混合以制得浆料，再采用工作电极和对电极在所述浆料中施加直流电，进而对锂离子电池的正极活性材料进行制备和回收。

上述现有技术的主要优点是可以回收正极废料中的高值金属(如钴、镍等)，但由于其完全破坏了原正极材料的物理化学结构，加之繁琐的分离提纯步骤，最终导致处理成本高，且易造成锂等有价元素的大量损失。此外，对于部分正极废料尤其是受损程度低的生产或使用后废料，比较理想的处理方法是不破坏其结构，而是优先考虑再生并重新制备具有良好电化学性能的正极材料，实现锂离子电池及关键材料产业的内部循环。

低温等离子体是一种用于强化粉体材料性能的手段，其特点是低温离子与高温电子共存，并在整体上接近环境温度。在强化材料性能方面，低温等离子体具有以下优点：(1)低温下的高化学活性：等离子体中存在大量的激发态物种，能够使具有高活化能的化学反应在较为温和的条件下进行；(2)产物离开等离子体时可以“骤冷”，促使产物“冻结”，从而使其在粒径、晶型及形貌上可控。目前，低温等离子体主要应用于镀膜、刻蚀、表面改性、沉积薄膜以及等离子体电视等领域。在我们的技术调研范围内，尚未发现国内外将该技术用于锂离子电池回收及再制造领域的相关报道。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用废旧锂离子电池再制造正极材料的方法，该方法适用范围广、技术灵活，不但简便地将废旧锂离子电池直接再制造成正极材料，而且借助低温等离子体强化材料晶格修复和重构的优势，可显著提升再制造正极活性材料的电化学性能，进而达到本发明目的。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种利用废旧锂离子电池再制造正极材料的方法，包括以下步骤：

(1)将废旧锂离子电池进行预处理得到正极废料粉末；