[发明专利]利用正极废料的活性材料再利用方法

说明书

提供一种用于从正极废料回收活性材料并再利用该活性材料的方法。本发明的正极活性材料再利用方法通过以下步骤获得可再利用的活性材料：(a)在空气中对均包括在集流体上的锂过渡金属复合氧化物正极活性材料层的正极废料进行热处理，从而热分解活性材料层中包含的粘结剂和导电材料，从而将集流体与活性材料层分离，并回收所述活性材料层中包含的活性材料；(b)用洗涤液洗涤回收的活性材料；(c)向洗涤过的活性材料添加锂前体并对所述活性材料进行退火；以及(d)对退火的活性材料选择性地进行表面涂覆，其中在步骤(c)中添加的锂前体的量被确定成使得所述可再利用的活性材料中的残留锂化合物的量为0.0001wt％至1.2wt％。

技术领域

本公开涉及一种在制造锂二次电池时循环再利用资源的方法。特别是，本公开涉及一种从锂二次电池制造过程中产生的正极废料或利用后被丢弃的锂二次电池中回收并再利用正极活性材料的方法。本申请要求2020年8月24日在韩国提交的韩国专利申请10-2020-0106083的优先权，该申请的公开内容通过引用纳入本文中。

背景技术

可反复充放电的锂二次电池作为化石能源的替代受到关注。锂二次电池主要用于传统的手持装置(如手机、摄像机和电动工具)。然而，近来，锂二次电池的应用领域已经逐渐增加到电动车辆(EV、HEV和PHEV)、大容量储能系统(ESS)、不间断电源系统(UPS)等。

锂二次电池包括：电极组件，其中的单元电芯具有这样的结构：集流体上涂覆有活性材料的正极板和负极板夹着隔膜布置；以及外部材料(即，电池壳体)，其将电极组件与电解液密封并容纳在一起。锂二次电池的正极活性材料主要利用锂基氧化物，并且负极活性材料利用碳材料。锂基氧化物含有诸如钴、镍或锰之类的金属。特别是，钴、镍和锰是非常昂贵的贵重金属。其中，钴是一种战略金属，世界上每个国家均对钴的供应和需求特别关注。由于钴生产国的数量有限，它被称为是一种供应和需求在世界范围内不稳定的金属。如果战略金属的原料的供应和需求发生不平衡，原料价格极有可能上涨。

传统上，主要进行了从利用后寿命结束时被丢弃的锂二次电池(废弃电池)回收并循环再利用这些贵重金属的研究。除了废弃电池外，从冲切正极板后丢弃的废物中或从此工艺中出现缺陷的正极板回收资源是更优选的。

目前，在制造锂二次电池时，如图1中所示，通过形成正极活性材料层20来制造正极板30，在该正极活性材料层20中，诸如铝(Al)箔之类的长片型正极集流体10涂覆正极浆料，在该正极浆料中混合有正极活性材料、导电材料、粘结剂、溶剂等，然后将正极板40冲切成一定大小。冲切后残留的部分作为正极废料50被丢弃。如果能够从正极废料50回收正极活性材料，并再利用正极活性材料，则从工业经济的角度和环境的角度来看，这将是非常期望的。

传统上，在大多数情况下，回收正极活性材料的方法是将正极溶解在盐酸、硫酸、硝酸等中，然后提取诸如钴、镍、锰之类的活性材料元素，并将该活性材料元素作为合成正极活性材料的原料进行再利用。然而，利用酸提取活性材料元素的方法的缺点在于，纯原料或回收纯原料的工艺不环保，并且需要中和工艺和废水处理工艺，这增加了工艺成本。此外，该方法的缺点还在于，作为正极活性材料的主要元素之一的锂可能无法被回收。为了克服这些缺点，需要一种不溶解正极活性材料并且不以元素形式提取活性材料而直接再利用活性材料的方法。

此外，还需要一种在获得再利用活性材料的工艺中最大限度地防止诸如锂之类的组成元素损失的方法。必须尽可能地防止诸如锂之类的组成元素的损失，以便不与从未利用过的新鲜活性材料的组成有明显差异。通过这样做，可以最大限度地减少添加不足成分的过程。

发明内容

技术问题

本公开旨在解决现有技术的问题，因此，本公开旨在提供一种从正极废料中回收并再利用活性材料的方法。

技术方案