[发明专利]一种等离子体修复磷酸锰铁锂电池负极石墨的方法

说明书

本发明涉及锂离子电池资源化利用领域，具体为一种等离子体修复磷酸锰铁锂电池负极石墨的方法：对废旧电池进行拆解，在318～323℃的温度下，将得到的废正极粉料和废负极石墨以导线连接形成外部电路、以熔融的氢氧化钠‑硝酸锂混合物为电解液重新组合为原电池，从而达到修复废负极石墨的目的；最终得到产品1电池级负极石墨、产品2电解液及产品3锂杂盐，且可将反应生成的电流回用于修复工艺。

技术领域

本发明涉及锂离子电池资源化利用领域，具体为一种等离子体修复磷酸锰铁锂电池负极石墨的方法。

背景技术

石墨具有可逆容量高、循环稳定性好等优点，被广泛地用于制备锂离子电池负极材料。随着锂离子电池需求量的迅速增长，不可避免的会产生大量报废电池。面对大量锂离子电池退役潮的来临，石墨负极材料的回收处理与资源循环问题亟待解决。

锂离子电池旺盛的市场需求带动了上游负极石墨的出货量，已形成了石墨负极材料供不应求的局面。考虑到石墨的不可再生性以及其重要战略资源的地位，将废旧锂离子电池中的石墨回收修复后用于锂离子电池的生产既可以有效缓解石墨资源短缺的问题，同时也是减少废弃石墨环境污染的的重要途径。

将废石墨回收并用于制备电池负极时，其循环稳定性差仍是主要难题。废旧锂离子电池负极石墨中的杂质主要由充放电过程中形成的SEI膜、不可逆脱嵌的锂(Li_yC₆中的Li)、锂晶枝(Li)、嵌入的大溶剂分子(来源于电解液)及少量电解液构成。其中不可逆脱嵌的锂(Li_yC₆中的Li)及嵌入的大溶剂分子造成了负极石墨容量的衰减，嵌入的大溶剂分子还造成了负极石墨结构的破坏(形变)。负极石墨容量的衰减及形变是其循环稳定性差的主要原因。

因此将废石墨回收并用于制备电池负极时，不仅要保证其纯度，更要修复其容量和形变，确保其具有良好的循环稳定性。

发明内容

本发明的目的是在对锂离子电池废石墨进行除杂的同时修复其容量衰减及形变，使其回用于制备电池负极时具备良好的循环稳定性。

本发明的技术方案如下：

(1)对废旧磷酸锰铁锂电池进行拆解，得到电池的废正极粉料和废负极石墨。

(2)取一定量废正极粉料和废负极石墨分别压实后置于修复室内；压实的废正极粉料和废负极石墨中间以压实的氢氧化钠-硝酸锂混合物填充。

(3)以等离子体为热源将修复室内的温度维持在318～323℃；在此温度下，氢氧化钠-硝酸锂混合物处于熔融状态起到阴阳离子导体的作用、石墨中的SEI膜分解为各种锂盐、嵌入石墨的大溶剂分子从石墨晶格中脱出。

(4)将压实的废正极粉料和废负极石墨两端以导线连接形成外部电路，在高温的活化作用下废负极石墨中不可逆脱嵌的锂(Li_yC₆中的Li)和锂晶枝(Li)重新嵌入到废正极粉料(Li_1-xMn_aFe_1-aPO₄)的晶格中，对应的电子则由外部电路从废负极石墨端移动到废正极粉料端，从而得到修复后的负极石墨(C₆)和预修复的正极粉料(Li_1-x+y+zMn_aFe_1-aPO₄)。

(5)将上述修复后的负极石墨用甲醇洗脱掉电解液成分后，再用纯水洗脱掉SEI膜分解的各种锂盐，最终得到产品1电池级负极石墨。

(6)甲醇洗脱的电解液经精馏去除甲醇后得到产品2电解液，纯水洗脱的锂盐经蒸发干燥后得到产品3锂杂盐。

其中：通过脱除石墨中不可逆脱嵌的锂及嵌入的大溶剂分子，石墨的容量及形变得以修复。