[发明专利]一种失效锂离子电池的钴酸锂材料超声修复的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种失效锂离子电池的钴酸锂材料超声修复的方法。适用于使用失效的含有钴酸锂材料的锂离子电池的资源回收再利用。

背景技术

锂离子电池有着电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好、自放电小、可快速充放电、工作温度范围广、相对绿色环保等显著优点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等电子产品领域，并有望在电动汽车、航天和储能等方面得到广泛应用。目前在便携式电子产品使用的锂离子电池中，钴酸锂是唯一已经大规模商业应用的正极活性材料。钴酸锂材料中的钴、锂金属均是宝贵的资源，尤其金属钴更是国际公认的战略物资。同时由于使用废弃的手机锂离子电池含有钴重金属，如任意堆放、填埋，或处置不当必然引起严重的环境污染，危害人类健康。

钴酸锂废料的回收处理是目前被广泛采用的环保方法,且回收钴酸锂废料再利用技术也已经相对成熟。从钴酸锂在锂电池产业中的循环利用来看，当其失效后，对钴酸锂废料进行分离与精制，然后再回用于锂电池正极的制备，整个过程环节多，且涉及到钴和锂产品形态的多次转化，总体工艺复杂且耗能较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简易的工艺过程，能耗低，环境影响小的失效锂离子电池的钴酸锂材料超声修复的方法，并能作为锂离子电池的正极活性材料重新回用。

本发明提出的一种失效锂离子电池中的钴酸锂材料超声修复的方法，采用超声方法对粉体的钴酸锂材料进行液相辐射处理，经过过滤、洗涤、干燥获得再生的钴酸锂材料，具体步骤如下：

（1）将使用失效的锂离子电池机械拆分，获得正极材料中的钴酸锂废料；

（2）将钴酸锂废料放置于盛有1-2mol/L氢氧化锂溶液的反应器中，反应器安装冷凝回流装置，并安装超声变幅杆，变幅杆头部浸没于液面之下；

（3）室温条件下，控制超声设备功率为1000±2W，超声频率为25 kHz，对反应器内的溶液进行超声辐射处理，超声辐射时间为6~12h；

（4）将经过超声处理的溶液自然冷却至室温，对冷却后的溶液进行过滤，即从氢氧化锂溶液中过滤出钴酸锂材料，对过滤获得的钴酸锂材料使用去离子水洗涤3-5次；

（5）将步骤(4)获得的钴酸锂材料在50-80℃环境中干燥6~10小时，回收获得可回用于锂电池正极的钴酸锂材料。

本发明中，步骤(3)中溶液搅拌速度为200~300rpm。

使用再生钴酸锂制备扣式电池并经电化学性能测试，钴酸锂材料的首次放电容量达到132 mAh g^-1，经过50次充放电循环容量减少为97.2%。

本发明的有益效果在于：本发明能有效地处理经使用失效后产生的废锂电池中的钴酸锂材料，具有工艺方法简单，可操作性强、无二次污染等特点，具有良好的社会效益、经济效益和环境效益。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明：

本发明首先对失效锂离子手机电池进行简单拆解放电，采用机械工具分离获得铝箔身上粘附的钴酸锂材料，然后将钴酸锂废料置于1~2M的氢氧化锂溶液中，经过超声处理后，过滤洗涤干燥获得再生的钴酸锂材料。超声操作温度为室温，产生的水蒸气经过冷凝回流装置回流到反应容器中，溶液搅拌速度为200~300rpm。

实施例1

（1）将使用失效锂离子手机电池机械拆分，获得正极材料中的钴酸锂废料；

（2）将钴酸锂废料放置于2mol/L氢氧化锂溶液反应器中，反应器安置冷凝回流装置，并安装超声变幅杆，变幅杆头部浸没于液面之下；

（3）超声设备功率为1000 W，超声频率为25 kHz，超声辐射在室温条件进行，超声6h后，自然冷却；

（4）待超声反应器冷却到室温时，氢氧化锂溶液中钴酸锂材料经过滤，并使用去离子水洗涤3次；

（5）将过滤获得钴酸锂材料，在在80℃环境中干燥6小时，回收获得可回用于锂电池正极的钴酸锂材料。

制作扣式电池的充放电实验结果表明：钴酸锂材料的首次放电容量达到128.0mAh g^-1，经过50次充放电循环容量减少为96.4%。

实施例2

（1）将使用失效锂离子手机电池机械拆分，获得正极材料中的钴酸锂废料；

（2）将钴酸锂废料放置于1M氢氧化锂溶液反应器中，反应器安置冷凝回流装置，并安装超声变幅杆，变幅杆头部浸没于液面之下；

（3）超声设备功率为1000 W，超声频率为25 kHz，超声辐射在室温条件进行，超声12h后，自然冷却；