[发明专利]一种废旧三元多晶材料重构三元单晶材料方法

说明书

本发明提供了一种废旧三元多晶材料重构三元单晶材料方法，涉及锂离子动力电池关键材料的回收与再生，属于固废资源化领域。所述重构方法包括：将废旧三元多晶材料与有机混合溶剂混合制成浆料，超声处理后去除部分溶剂，获得废旧三元多晶材料泥浆；将废旧三元多晶材料泥浆置于滚筒混料机中进行混料，将锰酸锂晶种浆料雾化并喷雾至所述滚筒混料机，获得待修复材料；将待修复材料在空气气氛下进行多段式焙烧获得三元单晶材料。通过该重构方法工艺简单、流程短、经济附加值高，可实现废旧三元材料的高值转化，且获得的单晶材料电学性能良好。

技术领域

本发明提供了一种废旧三元多晶材料重构三元单晶材料方法，涉及锂离子动力电池关键材料的回收与再生，属于固废资源化领域。

背景技术

三元锂离子电池由于能量密度高、续航里程长等突出优势受到新能源汽车如乘用车、商用车的亲睐。随着新能源汽车的快速发展，三元锂离子电池的装机量与日俱增。2017年三元锂离子电池装机量为16.31GWh，而2018则约30.70GWh，2019年高达40.5GWh。然而，三元锂离子电池的的寿命约为5-8年，待这些电池寿终正寝后，终将面临着退役回收的问题。

三元锂离子电池通常是由外壳、三元正极材料、石墨负极材料、Al/Cu集流体、隔膜、电解液等组成。虽然不含有铅、铬等重金属，但其正极活性物质中含有的Li、Ni、Co、Mn等金属同样会造成水体、土壤等生态系统的破坏。而且，Li、Ni、Co属于有价金属，且我国锂、钴资源稀缺，其中70％以上的锂和90％以上的钴均需要进口。此外，其含有的电解液、粘接剂、隔膜等有机组份经济性差、污染环境严重；含有的石墨属于固体废弃物，同样面临着经济价值较低、环境污染严重的问题。因此，三元锂离子电池关键组份特别是正极材料的回收再生利用至关重要。

现有技术中，废旧锂离子电池正极材料的再生方法主要包括两种：(1)通过补入缺失元素特别是锂，然后进行高温焙烧，实现三元材料的再生；(2)直接高温焙烧，获得再生三元材料。比如专利CN 110364748 B中，将分离出来的正极材料与硝酸锂混合，焙烧，得到再生的NCM622正极材料；又比如专利CN 103915661 B中，针对钴酸锂或锂镍钴锰多元层状氧化物材料，其层状结构未遭到破坏的，采用高温焙烧修复化学组成；材料晶格有混乱和缺陷的，采用水热反应溶解再析出修复层状结构，重新获得具有良好充放电性能的正极材料；专利CN 108183277 B中，将正极活性物质置于研磨或球磨设备中，通过研磨或球磨后，分离，得到的粒径大于10微米的产物，可直接回用于锂离子电池；得到的粒径为5-10微米的产物，通过浸渍于氢氧化锂溶液中至少8小时后，干燥、烧结，得到再生材料；专利CN 108172926 A中，将正极材料粉体在高氧、减压、温度为400-500℃条件下焙烧4-6h，研磨至平均粒度小于0.05μm后在温度为800-900℃下焙烧2-5h；测试成份，添加锂源和还原剂形成预处理正极材料，并研磨分散至均匀；最后，将预处理正极材料添加导电剂后在800-950℃条件下焙烧10-24h，随炉冷却后研磨至粒度小于0.05μm，获得修复材料；在专利CN 109309266 A中，首先，将废旧锂离子电池的正极片放入水中浸泡后，进行活性物质层和集流体的分离，得到回收正极材料；然后，对回收正极材料进行金属元素含量的检测后，补加金属元素至预置值，得到第一原料后，进行第一焙烧，得到再生正极材料。

综上所述，上述正极材料修复过程虽然能够对正极材料进行一定的修复，但是修复材料的比容量较低、循环性能差，为修复材料在锂离子电池中的应用带来了一定的阻碍。

发明内容