[发明专利]采用硬质合金废料制备的锂离子电池三元正极材料及方法

说明书

一种采用硬质合金废料制备的锂离子电池三元正极材料及方法，属于锂离子电池及资源回收利用的领域。该方法以硬质合金废料为原料，用酸和过氧化氢对硬质合金废料进行酸浸，浸出液进行氧化后，用碱性溶液调节pH值，将杂质沉淀去除，取上清液，用原子吸收光谱测试其中钴、镍和第三元素的含量，根据制备的三元正极材料成分，按比例加入钴盐、镍盐、锰盐或铝盐，搅拌溶解后，滴加到碱性溶液中进行共沉淀，将沉淀进行洗涤、分离、干燥，混入锂盐，研磨均匀，再进行烧结制得锂离子电池三元正极材料，实现了废物的回收利用。该方法以废弃的硬质合金废料为原料，有效的降低了生产成本，操作简单，可以调节锂离子电池中三元正极材料的配比，产品多样。

技术领域

本发明涉及锂离子电池及资源回收利用的领域，具体涉及采用硬质合金废料制备的锂离子电池三元正极材料及方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、使用寿命长、无记忆效应等优点，以成为目前应用最广泛的二次电池，并仍具有广阔的发展空间。当前，随着新能源汽车领域的迅猛发展，对动力锂离子电池成本及安全性提出更高的要求。目前已成功商业化的正极材料主要有钴酸锂(LiCoO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)和磷酸亚铁锂(LiFePO₄)。钴酸锂材料价格昂贵，且结构稳定性、热稳定性及过充安全型较差，不适合作为大型动力和储能锂离子电池正极材料；锰酸锂比容量较低(约120mA·h/g)，高温循环稳定性较差，在较高电压下容量衰减过快；磷酸亚铁锂虽具有循环寿命长和安全性能好等优点，但其电子电导率低(＜10^-9S/cm)，比容量也被限制在170mA·h/g以下，大倍率电流充放电性能较差，且压实密度低，体积能量密度低。而镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)由于其放电比容量大、能量密度高，和磷酸铁锂一起作为动力锂离子电池的三种主流正极材料。为了节约成本以及提高电动汽车的续航里程，具有高能量密度的锂离子电池三元正极材料就成为了其中的首选。

目前硬质合金废料主要处理方法为低价回收，然后进行重新熔铸的方法进行处理，但这种方法重新制得的硬质合金存在密度低、硬度变化大、抗弯强度低、合金组织混杂并溶液产生脏化等问题，且在重熔过程中需要高温处理，能耗较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用硬质合金废料制备的锂离子电池三元正极材料及方法，该制备方法以硬质合金废料为原料，用酸和过氧化氢对硬质合金废料进行酸浸，浸出液进行氧化后用碱性溶液缓慢调节pH值，将杂质沉淀去除，取上清液，用原子吸收光谱测试其中钴、镍和第三元素的含量，根据制备的三元正极材料中，各个成分的含量，按比例加入一定量的钴盐、镍盐、锰盐或铝盐，搅拌溶解后，逐滴滴加到碱性溶液中进行共沉淀。沉淀完全后，对沉淀进行洗涤、分离。将分离后的沉淀干燥，混入适量锂盐，研磨均匀，再进行烧结制得锂离子电池三元正极材料，实现了废物的回收利用。该方法以废弃的硬质合金废料作为原料，可以有效的降低锂离子电池三元正极材料的生产成本，操作简单，可以调节锂离子电池中三元正极材料的配比，产品多样。

本发明的一种采用硬质合金废料制备锂离子电池三元正极材料的方法，包括以下步骤：

步骤1：硬质合金废料的酸浸

根据待处理的硬质合金废料的量，确定酸溶液和过氧化氢溶液的量；其中，酸溶液中的氢离子的摩尔浓度为4～10mol/L，按固液比，硬质合金废料：酸溶液＝1g：(6～12)mL；过氧化氢溶液中过氧化氢的质量浓度为25～35％，按固液比，硬质合金废料：过氧化氢溶液＝1g：(3～5)mL；

将酸溶液和过氧化氢溶液混合，搅拌，加热至60～90℃，得到混合液；

将硬质合金废料加入混合液中，搅拌，进行酸浸≥5h，固液分离，得到浸出液；

步骤2：浸出液除杂