[发明专利]一种从锂电池正极回收正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种从锂电池正极回收正极材料的方法，步骤包括（a）将含有磷酸铁锂的正极极片在有机溶剂中加热超声溶胀，使正极材料与集流体分离，获得的膏体材料干燥后得到正极材料膜；（b）将正极材料膜置于强碱和尿素混合溶液中，反复进行冷冻/溶解，使正极材料膜中的粘接剂溶解于强碱和尿素混合溶液，强碱和尿素混合溶液中强碱的浓度为0.05~1.5mol/L，强碱与尿素的质量比为1~4：1，过滤得到正极材料磷酸铁锂。该方法能够溶解粘接剂实现正极材料与集流体的分离得到正极材料膜，并进一步解离正极材料膜中的粘接剂高分子链使正极材料分离出来，从而顺利到正极材料以备重复利用。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种从废旧锂离子电池正极回收正极材料的方法。

背景技术

在过去的几十年间，不可再生的化石燃料的使用不仅造成了能源枯竭还带来了严重的环境污染问题，这使得电化学储能相关技术得到了迅猛的发展。在诸多电化学储能体系中，锂离子电池的装机容量所占份额在2018年已经超过了86%。同年，全球电动汽车累积储量以及新增储量相比2017年分别增长了63%和68%。凭借在消费电子和电动汽车领域的绝对主导地位，预计到2025年全球锂离子电池市场规模和总需求量将达999.8亿美元和54.9GWh。如此巨大的锂电市场将造成巨大的原材料消耗。结合锂离子电池生产所需的金属资源的有限储量与高昂成本，对废旧锂离子电池进行回收再利用以降低成本实现可持续生产就显得尤为重要。

正极材料作为电芯的关键原料，直接决定了电池的安全性和发展，同时也占据了锂离子电池材料成本中最高的比例。如果这些报废后的锂离子电池未经回收处理就直接丢弃，一方面将严重浪费资源，污染环境（例如电解液中的LiPF₆具有比较强的腐蚀性，遇水会分解产生同样具有腐蚀性的HF燃烧时会产生P₂O₅；电解液中含有的有机溶剂碳酸甲乙酯，碳酸乙烯酯等都属于对环境有严重污染的有毒有害物质），另一方面，电池回收是新能源汽车产业闭环中不可或缺的一环。资源的重复利用，尤其是其中的Li资源，将产生巨大的经济价值和社会价值。因此，对锂离子电池的绿色回收不仅能产生一定的经济效益，也能收到很好的社会环保效益。

正极粘结剂一般为聚偏氟乙烯(PVDF)，因其粘结作用较强，一般方法很难使正极电极材料与铝箔完全分离开来。因此，正极材料与集流体铝箔的分离成为了锂电池回收预处理过程中的一个关键问题。目前，废旧锂离子电池正极材料进行回收的方法中，分离正极材料和集流体、去除电解质和粘结剂组分是回收中非常重要的环节。一类是将废旧的磷酸铁锂电池拆解剥离，收集到的正极极片进行高温煅烧，粘结剂分解失效，使得正极活性物质与集流体铝箔分离脱落，然后筛分得到磷酸铁锂活性物质粉末。如CN106384855A、CN106495122A、CN106549195A、CN106976852A、CN110277602A等专利文献，这些公开的处理方法不仅会破坏了正极回收料中活性材料原有的结构，而且能耗高，在除去碳和粘接剂的过程中产生含碳气体，在一定程度上增加了温室效应，污染环境。另一类方法是直接将从废旧锂离子电池中分离出来的正极片浸入到氢氧化钠溶液中，进行碱浸除铝，对过滤得到的除铝后料进行干燥，得到正极活性材料。如CN106992328B、CN106992329B等专利文献。这种方法使得滤液中含有铝酸钠，增加了二次回收铝金属的工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种从废旧锂电池正极回收正极材料的方法，该方法能够溶解粘接剂实现正极材料与集流体的分离得到正极材料膜，并进一步解离正极材料膜中的粘接剂高分子链使正极材料分离出来，从而顺利到正极材料以备重复利用。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种从锂电池正极回收正极材料的方法，包括如下步骤：

（a）将含有磷酸铁锂的正极极片在有机溶剂中加热超声溶胀，使正极材料与集流体分离，获得的膏体材料干燥后得到正极材料膜；