[发明专利]锂离子电池磷酸铁锂正极材料的回收再生方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池磷酸铁锂正极材料的回收再生方法，其包括如下步骤：获取来自废旧锂离子电池中的含有磷酸铁锂的正极，采用清洗剂超声处理正极，使得正极材料与集流体分离，清洗剂包括能够溶解掉正极中粘结剂的有机溶剂；分析正极材料中的各元素比例，并向正极材料中补充锂元素和/或磷元素至其中锂元素、磷元素和铁元素的物质的量的比例为(1～1.1):(1～1.1):1，制备前驱体；将前驱体与有机物碳源混合，于保护性气氛下煅烧使得有机物碳源碳化，制备再生正极活性材料。该方法实现了对废旧电池中的固体磷酸铁锂正极材料的直接回收及再生。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池磷酸铁锂正极材料的回收再生方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、电压高、自放电率低、寿命长和无记忆效应等优点，在消费类电子产品、电动交通工具以及智能电网等领域有着广泛的应用。锂离子正极材料主要是含锂的氧化物或者磷酸盐，在传统技术中，常用的四种锂离子电池的正极材料分别是钴酸锂(LiCoO₂)、镍钴锰酸锂(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂)，锰酸锂(LiMn₂O₄)和磷酸铁锂(LiFePO₄)。从晶体结构上看，磷酸铁锂是橄榄石型结构，在充放电过程中经历着磷酸铁锂相和磷酸铁相的变化，充放电前后结构稳定，另外晶体中的磷氧键稳定，难以分解，因此拥有良好的安全性和循环稳定性。从组成成分上看，磷酸铁锂不含有贵金属钴和镍，主要使用的铁和磷元素含量丰富，来源广泛且环境友好，大规模推广的经济优势和技术进步必然会进一步降低成本。因此，磷酸铁锂体被广泛的应用于动力电池和规模化储能领域。

在多次循环充放电、以磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池在容量低于初始容量的80％之后往往需要经过容量筛选，经筛选合格的会被用于储能系统，而不合格的则直接报废处理。然而锂离子电池中含有具有毒性和强腐蚀性的电解液，如果直接弃置于自然环境中，会对环境造成破坏。不仅如此，锂离子电池中的金属(例如，铁和锂)含量甚至超过其在天然矿石中的含量，纯度和品质均较高，因此考虑实现锂离子电池中磷酸铁锂的回收再生，不仅能够避免对环境造成的污染，还能够提高资源利用率，降低原材料的成本。

发明内容

基于此，有必要提供一种锂离子电池磷酸铁锂正极材料的回收再生方法。

根据本发明的实施例，一种锂离子电池磷酸铁锂正极材料的回收再生方法，其包括如下步骤：

获取来自废旧锂离子电池中的含有磷酸铁锂的正极，采用清洗剂超声处理所述正极，使得正极材料与集流体分离，所述清洗剂包括能够溶解掉所述正极中粘结剂的有机溶剂；

分析所述正极材料中的各元素比例，并向所述正极材料中补充锂元素和/或磷元素至其中锂元素、磷元素和铁元素的物质的量的比例为(1～1.1):(1～1.1):1，制备前驱体；

将所述前驱体与有机物碳源混合，于保护性气氛下煅烧使得所述有机物碳源碳化。

在其中一个实施例中，获取来自废旧锂离子电池中的含有磷酸铁锂的正极的方式包括如下步骤：使所述废旧锂离子电池放电完全后进行拆解，获取其中的含有磷酸铁锂的正极。

在其中一个实施例中，用于补充锂元素的材料选自碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、磷酸氢二锂、磷酸二氢锂和乙酸锂中的一种或多种；和/或

用于补充磷元素的材料选自磷酸氢二锂、磷酸二氢锂、磷酸二氢氨和磷酸氢二氨中的一种或多种。

在其中一个实施例中，在将所述前驱体与有机物碳源混合的过程中，还包括添加促进石墨化的助剂这一步骤，所述促进石墨化的助剂选自硼酸、碳化硼、氮化硼和碳化硅中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述有机物碳源选自葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、聚乙二醇和糊精中的一种或多种。