[发明专利]一种废旧磷酸铁锂电池正极材料的修复再生方法及应用

说明书

本发明公开了一种废旧磷酸铁锂电池正极材料的修复再生方法及应用，相比于传统方法，避免使用多种化学试剂及元素回收的复杂过程。首先，通过对碳纳米管进行空烧除杂，按一定比例加入浓硝酸进行加热回流，得到功能化的碳纳米管；然后，在乙醇/水溶液中加入废旧磷酸铁锂电池正极材料粉末以及需要补加的碳源、锂源，经过超声及磁力搅拌或球磨混合处理成浆料，烘干后进行一步高温煅烧处理，形成再生磷酸铁锂和碳纳米管复合材料。本发明将废旧的LFP粉末补锂再生的同时与碳纳米管原位交联复合，形成了良好的导电网格，恢复废旧磷酸铁锂电池正极材料的活性和充放电性能。

技术领域

本发明涉及一种废旧磷酸铁锂电池正极材料的修复再生方法及应用，具体涉及一种废旧磷酸铁锂电池正极材料与碳纳米管的原位复合与修复再生，属于新能源技术领域。

背景技术

近年来，随着全球电动汽车、移动电子设备的大量增加，锂离子电池的制造规模和产量呈爆发式增长。磷酸铁锂（LFP）自1997年被提出来以后，因为其原物料来源广泛、能量密度高、无毒性、无污染、安全性能好、价格低廉及循环寿命长等优点，目前已经成为应用最广泛的锂离子电池正极材料之一。

随着世界范围内电动汽车的日益普及，锂离子动力电池的消耗量急剧增加。据估计，从2017年到2030年，会有超过1100万吨的锂离子电池组从电动汽车上退役，这其中包括大量的LFP电池。如果这些用过的LFP电池没有被适当回收，不仅造成地球资源的严重浪费，而且会对环境造成非常严重的污染。

目前，人们已经开发了一些常规的回收工艺，如湿法冶金的方法，这是回收废LFP最常用的方法：选用某些化学试剂并通过选择性沉淀进行锂、铁和磷的分离，这些元素与化学试剂分别形成不同类型的盐，可以通过浓缩结晶后进行回收利用或进一步重新合成为LFP。但是，由于这种方法需要使用大量不同种类的化学试剂，并且会排出大量的含盐废水，此外，LFP有电子导电率差和离子导电率差的缺点，这较大程度上限制了LFP电池的充放电性能，因此废旧LFP的再生研究需要得到进一步的改善提升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种废旧磷酸铁锂电池正极材料的修复再生方法及应用，对废旧LFP 进行回收与修复再生。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种废旧磷酸铁锂电池正极材料的修复再生方法，包括如下步骤：

将碳纳米管在200~500℃空气中煅烧除杂，加入浓硝酸加热回流1~20h；用去离子水抽滤洗涤至中性后烘干得到功能化的碳纳米管，以此改善碳纳米管的亲水性、分散性；

将功能化的碳纳米管分散在水或乙醇溶液中，加入碳源、锂源以及废旧磷酸铁锂电池正极材料粉末进行超声及磁力搅拌或球磨混合，得到混合均匀的糊状浆料；

将糊状浆料烘干形成固体，经研磨得到粉末；

将粉末在氩气条件下进行分段煅烧再生，自然冷却至室温后研磨得到修复再生的LFP与碳纳米管复合材料。

结合第一方面，进一步的，所述分段煅烧再生步骤为：保持升温速率为2~10℃/min，先升温至350℃后保温1~10h；再升温至450~950℃，保温6~12h。

进一步的，所述煅烧除杂后碳纳米管与浓硝酸的质量比为1:100~1:250。

进一步的，所述功能化的碳纳米管与碳源的质量比为1:5~5:1。

进一步的，所述废旧磷酸铁锂电池正极材料粉末与碳源的质量比为50:1~10:1。

进一步的，所述锂源需补加的量为废旧磷酸铁锂电池正极材料粉末的2%~30%，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂和醋酸锂中的任一种或几种。

进一步的，所述碳源为碳化后产生碳的有机糖类，包括葡萄糖、蔗糖、几丁质、氨基葡萄糖盐酸盐、环糊精和纤维素中的任一种或几种。