[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

说明书

技术领域

本发明属于资源循环利用领域，提供了一种运用材料科学学科直接修复废旧锂离子电池正极材料的方法。

背景技术

自1990年Sony公司成功研制出锂离子电池并实现商品化以来，由于锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、安全性好等一系列优点，在通讯信息、能源交通、航空航天、军事及医学等领域得到了广泛的应用，被称为“最有前途的化学电源”。近些年来对各种用途的锂离子电池的需求量逐年大幅上升，尤其在手机、笔记本电脑、摄像机和电动工具等便携式电子产品领域，锂离子电池作为首选电源，具有巨大的市场。在大力提倡低碳经济和节能减排的今天，新能源汽车必将成为汽车行业的主要发展方向，混合电动汽车和纯电动汽车的产业化将直接带动锂离子电池市场的再次快速增长。伴随锂离子电池的广泛应用，废旧的锂离子电池数目也逐年上升，成为不容忽视的电子垃圾。

正极材料在锂离子电池成本中占有很大比例，目前我国的商品化锂离子电池正极材料仍以钴酸锂为主，伴随锂离子电池用途的扩大，正极材料正在向锂镍钴锰系多元氧化物快速发展，因此对废旧正极材料回收再利用可以缓解我国钴资源紧缺的问题，具有重大的战略意义。另外，废旧正极材料的回收再利用也可以大幅节约矿产资源，保护生态环境，锂离子电池正极材料的回收再利用成为锂电行业具有巨大经济效益和广阔市场前景的重要环节。

世界各国都在发展锂离子电池正极材料回收再利用技术，目前均集中于利用湿法冶金工业技术回收正极材料中的金属元素，Xu J Q,Thomas H R,Franciset R W.A review of processes and technologies for the recycling of lithium-ion secondary batteries.Journal of Power Sources,2008,177(2):512-527中总结了锂离子电池回收的基本流程，即先将电极片破碎分离，然后将电池材料溶解浸出后分离回收浸出液中的金属元素，或将该浸出液直接合成正极材料。国内对于正极材料的回收仍然处于起步阶段，相对成熟的也是湿法冶金工艺，已公开多项发明专利，如专利CN101450815A，利用硫酸和双氧水体系将镍、钴、锰元素浸出，然后通过处理浸出液合成镍钴锰酸锂正极材料。然而利用湿法冶金工艺回收再利用正极材料，都需要溶解浸出环节，各个阶段都会产生废液，造成严重的二次污染，并且工艺复杂，成本高。另外，专利CN101383442B所述利用NaOH溶解铝分离出失活钴酸锂，直接补锂焙烧再利用正极材料，虽然简化了工艺流程，但是电极片分离过程中仍然有废液产生，正极材料回收仍属于粗犷式发展模式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直接回收并修复废旧锂离子电池正极材料的方法。本发明将材料科学学科应用于资源循环利用领域，避免了现有工艺中的溶解浸出环节，减少了废液产生，简化了工艺流程，不需或加入很少化学药剂，无需考虑二次污染问题，在大力提倡节约资源和清洁生产的今天具有广阔的应用前景。

为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

图1是本发明的技术路线图。

如图1所示，本发明选用专业设备拆解废旧锂离子电池，分选得到正极材料为钴酸锂（LiCoO₂）或锂镍钴锰多元层状氧化物（Li(Ni_1-x-yCo_xMn_y)O₂）的正极片或电池生产厂家的正极片边角料和残次品；通过成分分析，按照粘结剂种类分类，直接破坏粘结剂，实现正极材料与集流体的清洁分离；然后利用重液分离原理将密度不同的正极材料和导电剂分离，得到正极材料粉末；利用SEM、XRD、STEM、XPS、EELS、ICP等材料分析手段研究正极材料失效机制；按照失效机制不同，层状结构未遭到破坏的，直接采用高温焙烧修复化学组成，材料晶格有混乱和缺陷的，采用水热反应溶解再析出修复层状结构，重新获得具有良好充放电性能的正极材料。

一种直接回收并修复废旧锂离子电池正极材料的方法，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；