[发明专利]一种直接回收并修复锂离子电池正极材料的方法

权利要求书

1.一种直接回收并修复废旧锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（1）拆解、分选得到正极材料为钴酸锂或锂镍钴锰多元层状氧化物的正极片或电池生产厂家的正极片边角料和残次品；

（2）依次去除粘结剂，集流体和导电剂，得到正极材料粉末；

（3）研究步骤（2）得到的正极材料粉末失效机制，检验正极材料粉末化学组成，当失效机制为锂和过渡金属的损失，层状结构保持完好时，进行步骤（4），当失效机制为过渡金属价态转变，引发相变，层状结构出现混乱和缺陷时，进行步骤（4’）；

（4）根据失效前正极材料的组成，在步骤（2）得到的正极材料粉末中混入损失的金属的化合物，烧结得到修复的正极材料；

（4’）根据失效前正极材料的组成，在步骤（2）得到的正极材料粉末中混入溶解损失的过渡金属氧化物，加入LiOH水溶液充分搅拌，水热反应得到修复的正极材料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当正极片中的粘结剂为PTFE时，采用高温分解法，使粘结剂分解，从而实现正极材料与集流体分离，达到去除粘结剂和集流体的目的；

优选地，将正极片在惰性气氛下高温焙烧，使PTFE分解，将焙烧后的正极片取出，机械摩擦使正极材料和集流体分离，筛分，去除正极材料中存在的集流体，得到正极材料和导电剂的混合粉末。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述高温焙烧在惰性气氛下进行，高温焙烧的温度为500~600℃，优选500~550℃；

优选地，所述高温焙烧的时间为2~5h，优选2.3~4.5h，进一步优选3h。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当正极片中的粘结剂为PVDF时，采用溶剂浸泡溶解使粘结剂失效，从而实现正极材料与集流体的分离，达到去除粘结剂和集流体的目的；

优选地，浸泡溶解时温度控制在60~80℃，优选61.5~78.5℃；

优选地，所述溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中任意一种或至少两种的混合物，优选N-甲基吡咯烷酮；

优选地，所述溶剂通过减压蒸馏重复利用。

5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，采用重液分离法去除正极片中的导电剂，过滤，洗涤，干燥得到正极材料粉末；

优选地，选用水作为密度介于导电剂和正极材料之间的重液。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，重液分离法去除正极片中的导电剂的方法为：将去除粘结剂和集流体的正极材料和导电剂混合粉末加入水中，搅拌，静置，密度小于水的导电剂浮在水上方，密度大于水的正极材料沉在水下方，将沉于底部的正极材料流出，过滤，干燥得到正极材料粉末。

7.如权利要求1-6之一所述的方法，步骤（4）中在正极材料粉末中混入损失的金属的化合物，使Li/(Ni+Co+Mn)摩尔比为1.05~1.15:1，优选1.08~1.12:1，进一步优选1.1:1，当正极材料为钴酸锂时，n(Ni)和n(Mn)均为0。

8.如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述烧结温度为750~950℃，优选770~930℃，进一步优选750~870℃，最优选850℃；

优选地，所述焙烧时间为10~20h，优选10.8~19.7h，进一步优选11.2~18.8h；

优选地，步骤（4）中在正极材料粉末中混入损失的金属的化合物，使Li/(Ni+Co+Mn)摩尔比为1.05~1.15:1，850℃烧结10~20h得到修复的正极材料，当正极材料为钴酸锂时，n(Ni)和n(Mn)均为0。

9.如权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，步骤（4’）中在正极材料粉末中混入溶解损失的过渡金属氧化物，加入LiOH水溶液充分搅拌，使Li/(Ni+Co+Mn)摩尔比为1.05~1.15:1，优选1.08~1.12:1，进一步优选1.1:1，当正极材料为钴酸锂时，n(Ni)和n(Mn)均为0；

优选地，所述水热反应的温度为150~250℃，优选160~240℃，进一步优选170~230℃，最优选200℃；

优选地，所述水热反应的时间为10~20h，优选10.8~19.7h，进一步优选11.2~18.8h，最优选15h。

10.如权利要求1-9之一所述的方法，其特征在于，步骤（4’）中在正极材料粉末中混入溶解损失的过渡金属氧化物，加入LiOH水溶液充分搅拌，使Li/(Ni+Co+Mn)摩尔比为1.05~1.15:1，移入高压反应釜，200℃下水热反应15h，得到修复的正极材料，当正极材料为钴酸锂时，n(Ni)和n(Mn)均为0。