[发明专利]一种汽车废旧动力电池正极材料的回收及再生的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，尤其是涉及一种废旧汽车动 力电池正极材料回收及再生的工艺方法。

背景技术

随着电动汽车行业的快速发展，三元材料依其良好的循环性能，较高比 容量，低成本等特点而被应用于电动汽车领域。动力电池的应用也随之有了 更广阔的空间。锂离子电池因为其能量密度高，体积小，质量轻而受到广泛 的关注。

目前我国大部分正极材料多为磷酸铁锂，但由于其本身能量密度，导电 性差等而无法满足国标要求。按照2012年6月发布的《节能与新能源汽车产 业发展规划(2012―2020年)》，到2015年，动力电池模块比能量达到150WH/kg 以上；到2020年，动力电池达到300WH/kg以上，从而限制了其在未来电池 行业的广泛应用，镍钴锰三元正极材料系由二元Ni-Mn基材料发展而来，2001 年OhZuku和Makimura首次合成了nNi:nCo:nMn＝1:1:1的三元复合材料 LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂。如今镍钴锰三元材料的比能量达到180Wh/kg而具有高的 能量密度、良好的大电流充放电性能、优秀的循环性能及安全性能，有可能 成为主要的正极材料。

任何一种电池都有其使用寿命，当电池寿命终结只能以废旧电池处理， 以目前的使用速度及数量来看，随着动力电池在电动汽车上的广泛应用，不 久后会有大量的废旧电池产生，如不能及时处理将来会是一个棘手的问题， 然而电池中含有大量的重金属元素，不仅污染环境，而且是对不可再生资源 的浪费。因此如何将资源回收利用，变废为宝，不仅实现稀有资源可持续利 用，还保护了环境。具有较大的经济效益和社会效益。

前有很多文献和专利报道对锂离子电池的回收使用机械破碎的方法再提 纯回收，这对小型电池而言是比较方便的，但是对于动力电池来讲，一：在 工艺上比较繁琐，二：在一定程度上直接机械破碎会给后续处理带来很大的 不便。

国内外的研究者对这类电池的前处理和回收从实验的角度已经有较多的 研究。例如中国专利CN102881895A公布的“一种由废旧动力电池定向制备 镍钴锰酸锂的方法”将电池分解，极片取出后放入酸溶，煅烧配锂等方法重 新回收镍钴锰酸锂。专利CN101847763A公布的“一种废旧磷酸铁锂电池综 合回收方法”用有机溶剂其溶解，筛分得到磷酸铁锂材料和洁净的铝、铜， 将磷酸铁锂溶解后用硫化钠除去其中的铜离子，并用碱性溶液使溶液中的铁、 锂、磷离子形成沉淀，并在沉淀物中调整铁、锂、磷的摩尔比，最后加入碳 源，经过球磨煅烧后得到新的正极材料

目前废旧动力电池的材料回收还处于初步研究阶段，而且工业化回收没 有统一标准。处于实验室研究回收工艺众多，如何找出一条方法简单，耗能 少，回收利用率高的工艺，对材料进行再生或者回收。有利于产业化的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废旧动力电池正极材料回收再生工艺。以物 理方法为主，化学方法为辅利用喷雾造粒法将废旧三元正极材料回收、重组 再生的工艺方法。该法结合喷雾造粒法，可以获得多孔微纳结构的亚微米材 料，具有较短的锂离子扩散距离；颗粒之间的孔径有效的提高了颗粒之间锂 离子的交换，有效地缩短锂离子的传输路径，提高了电导率。同时提高材料 的振实密度。而微米级球形颗粒与纳米颗粒相比，比表面积的有效的减小可 以降低材料与电解液的副反应，改善材料的循环性能和高温性能

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的示范工艺，关键在于包括如下步骤：

a)将电池进行安全放电处理；将电解液进行置换，用斜口钳将电池沿顶部 剪开，将电池打开；取出内部电芯，壳体等附件可以回收利用；

b)取出的电芯进行分离，将正极、负极、隔膜分离，正极部分待处理。 其中在密闭环境下清洗负极，隔膜，收集备用；

c)步骤(b)得到的正极置于氮甲基吡咯烷酮或去离子水等有极性的溶剂浸 泡，通过超声处理，使得材料与集流体分离。将获得的粉体加入强碱溶解回 收材料中残留铝屑，经离心过滤分离、干燥获得正极粉料。经过500℃、2.5 小时处理后获得初步回收电极材料。

d)步骤(c)对材料进行补锂及过渡金属的量，用缓冲溶液调节pH，在球 磨下制成匀浆，在磁力搅拌下进行喷雾造粒，同时调节浆料比、进气流量、 进样量进行喷雾造粒获得目标球形颗粒。再经煅烧，实现材料回收再生重新 获得电化学性能。下面对上述制备方法做具体说明：