[发明专利]一种富锂正极材料和高容量锂离子筛的制备方法

权利要求书

1.一种富锂正极材料和高容量锂离子筛的制备方法，其特征是以废旧锂离子电池正极材料为原料制备富锂锰系正极材料和高容量锰系锂离子筛的方法，所述的废旧锂离子电池正极材料是废旧锰酸锂电池正极材料或者废旧三元镍钴锰酸锂电池正极材料，制备过程包括废旧锂离子电池正极材料还原浸取，草酸钴沉淀分离，氢氧化镍沉淀分离，碳酸锰和碳酸锂共沉淀分离，冨锂正极材料制备和高容量锰系锂离子筛制备6个步骤：

（1）正极材料还原浸取是采用含有还原剂的酸性水溶液高价态的锰酸锂或者三元镍钴锰酸锂还原溶解，形成镍钴锰锂的硫酸盐或者盐酸盐，过滤不溶性掺杂，形成镍钴锰锂可溶性盐的酸性浸取液，所述的还原剂是无机还原剂或有机还原剂之一；所述的酸性水溶液是含有盐酸或硫酸的水溶液之一；

（2）草酸钴沉淀分离是加入碳酸钠溶液中和过量的酸，使浸取液的pH4-6，然后加入草酸铵水溶液，使其中的可溶性钴盐以草酸钴形式优先沉淀分离，控制浸取液中剩余的Co/Mn摩尔比为0.2-0.25，用去离子水清洗沉淀中夹带的浸取液，得到工业级草酸钴湿产品；

（3）氢氧化镍沉淀分离是加入氢氧化钠水溶液使可溶性镍盐转化为氢氧化镍沉淀分离出来，控制浸取液中剩余的Ni/Mn摩尔比为0.2-0.25，用去离子水清洗沉淀中夹带的浸取液，得到工业级氢氧化镍湿产品；

（4）碳酸锰和碳酸锂共沉淀分离是向溶液中加入饱和碳酸钠水溶液，调节pH11-14，生成碳酸锰和碳酸锂共沉淀，过滤分离沉淀后，将母液浓缩，冷却后分离二次沉淀；

（5）冨锂正极材料制备是将碳酸锰和碳酸锂共沉淀中补充碳酸锂、草酸钴和氢氧化镍，使其摩尔组成为Li：Mn：Co：Ni：=9.2-12.3:4-4.2:4-4.2:1:1，混合研磨1-4h，在110-120℃下烘干，在500-600℃下焙烧2-6 h，冷却后用0.5mol/L的盐酸或者硫酸浸取，使部分锂离子洗脱，用去离子水清洗沉淀中夹带的浸取液，在110-120℃下烘干得到化学组成为Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂的富锂正极材料；其化学组成可以是xLi₂MnO₃﹒(1-x)LiMO₂结构下x=0.5时 Li_0.82Mn_0.41O_1.23﹒Li_0.39 Co_0.13Ni_0.13Mn_0.13O_0.78 的固溶体, 电化学比容量从原来的200mAh/g提升到260mAh/g；

（6）高容量锰系锂离子筛制备是将用0.5mol/L的盐酸或者硫酸水溶液洗脱冨锂正极材料中的锂盐，得到高容量锰系锂离子筛H_0.82Mn_0.41O_1.23﹒Li_0.39 Co_0.13Ni_0.13Mn_0.13O_0.78，即使三元材料中的锂离子不能洗脱，其理论锂吸附容量为90.1mg/g，远高于现有的锰系锂离子筛H_1.33Mn_1.67O₄ 的锂吸附容量59mg/g和锰系锂离子筛H_1.6Mn_1.6O₄ 的锂吸附容量73mg/g，在0.5g/L的氯化锂水溶液中，测得其锂吸附容量为60-70mg/g，吸脱附循环10次后锂离子筛的溶损率为0.5%-0.7%。