[发明专利]一种生物质废料协助下的废旧锂电池正极材料回收再生方法有效

专利信息
申请号: 202010166395.8 申请日: 2020-03-11
公开(公告)号: CN111430829B 公开(公告)日: 2021-06-29
发明(设计)人: 马亚赟;周向阳;杨娟;唐晶晶;王辉;周昊宸;刘晓剑;王鹏;周进辉;周向清;周昶猷 申请(专利权)人: 中南大学;湖南烯富环保科技有限公司;湖南宸宇富基新能源科技有限公司
主分类号: H01M10/54 分类号: H01M10/54;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
代理公司: 长沙市融智专利事务所(普通合伙) 43114 代理人: 盛武生;魏娟
地址: 410083 湖南*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 一种 生物 废料 协助 废旧 锂电池 正极 材料 回收 再生 方法
【说明书】:

发明公开了一种生物质废料协助下的废旧锂电池正极材料回收再生方法,属于资源循环利用技术领域。本发明以生物质废料为还原剂,将废旧动力锂电池的回收与三元正极材料的再生有机地结合起来,低成本实现了废旧动力锂电池的循环利用;工艺流程短、合成成本低、适合大规模生产,再生的镍钴锰三元正极材料性能优异,具有很好的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明属于资源循环利用技术领域,特别是涉及废旧锂离子电池中正极材料的回收并循环制备再生的三元正极材料。

背景技术

近年来,随着化石燃料的日益消耗以及人们环保意识的逐渐增强,化学电源作为替代能源已经被广泛应用,尤其是在电动汽车领域方面的应用。动力锂电池急剧增长的同时也造成了一大批废旧锂离子电池的产生,据中国汽车技术研究中心预测,依据2015年新能源汽车销量30多万辆,以及2020年新能源汽车保有量约500万辆估算,到2020年,我国仅混合动力和纯电动(含插电式)乘用车的动力电池,累计报废量将达到12-17万吨。废旧动力锂离子电池中含有镍、钴、锰等高价值金属,采取一定的处理手段对废旧电池进行回收再利用,不仅能够减轻对环境的影响,还可以实现资源的循环利用。

目前,废旧动力锂电池的处理方法基本分为预处理、二次处理及深度处理三个方面。预处理是经过放电、拆解、分选以后得到正极片;二次处理的目的是实现正极活性物质与铝箔的分离,主要方法有:热解法、有机溶剂分离法、碱浸法等;深度处理包括浸出和分离提纯两个部分,主要是实现有价金属的回收,传统方法对有价金属资源的回收利用中,一般以金属盐的形式分别回收,在金属分离除杂过程中,工序复杂,易产生二次污染,回收生产成本较高。

发明内容

针对传统工艺的不足,本发明要解决的技术问题是提供一种生物质废料协助下的废旧锂电池正极材料回收再生方法,首先采用生物质废料对废正极粉进行还原焙烧;水浸得到水浸液和水浸渣;水浸液用来制备锂源;水浸渣通过酸浸得到酸浸液;酸浸液除杂后的净化液采用快共沉淀+水热法制备前驱体;最后通过混锂焙烧,在较短的焙烧时间下制备出再生三元正极材料。

为了实现上述目的,本发明一种生物质废料协助下的废旧锂电池正极材料回收再生方法,包括以下步骤:

第一步:还原焙烧

生物质、废正极粉在保护气氛、700~800℃的温度下进行还原焙烧,得到还原焙烧料;其中,生物质的加入量为废正极粉质量的10-30%;

第二步、水浸

将第一步的还原料进行水浸,得到水浸液与水浸渣;

第三步、锂源的制备

以第二步所得水浸液为原料,经沉淀,回收得到锂源;

第四步、酸浸

将第二步所得水浸渣在酸性体系作用下,酸浸得到酸浸液;

第五步、三元前驱体制备

将第四步的酸浸液经除杂处理,得到净化液,调整净化液中镍钴锰的比例,预先经快速共沉淀后,再经水热反应,制备出三元前驱体;

第六步、三元正极材料制备

将第五步的三元前驱体与第三步所得锂源研磨均匀后焙烧,得到新的三元正极材料。

本发明创新地采用生物质(有机碳源)作为还原成分,将其在所述的条件下参与废正极粉的还原焙烧,研究发现,采用有机质参与该类反应,相较于现有的碳单质类还原剂,能够意外地更利于锂从废正极材料晶格中分离,有助于从根本上解决废正极的回收问题。此外,进一步配合本发明所述的预先沉锂以及镍钴锰的快速共沉淀和水热工艺,配合后续的配锂固体焙烧,能够有效改善回收得到的正极材料的晶相、形貌,粒径以及均匀度,能够改善改善回收得到的正极材料的比容量和循环性能,此外,本发明能够实现原料的充分回收,物料再生效果好,成本低。

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