[发明专利]一种再生三元正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及废旧锂电池回收领域，具体而言，涉及一种再生三元正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种二次可充电电池，目前已得到较为广泛的应用。锂离子电池一般由正极、负极、隔膜、电解质和电池壳体等部分组成，其中正极材料的成本占到电池40％以上，然而正极材料的比容量却远远低于负极材料的比容量，因而锂电池在研究中具有重要的应用价值。三元正极材料是镍钴锰酸锂Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂，其具有循环稳定性能优异、容量高、价格相对钴酸锂较低等优点，既可用于数码相机、手机、笔记本电脑及其它便携式电子产品等小型用电设备。然而该类材料中的金属元素钴在自然界中存量较少，价格昂贵，且钴元素有毒。基于以上的原因，回收三元正极材料中的化学元素，降低可成本，不仅对可持续发展有利，同时也符合新时代坏境保护的环境。

再生三元正极材料的工艺包括两部分，一是金属元素的回收，二是三元正极材料的合成。目前人们对三元正极材料的再生，主要研究集中在元素的回收部分，对材料的合成部分研究的较少，且最终再生得到的再生三元正极材料的电化学性能也较差。对于金属元素的回收，很少有工艺能够对四种金属元素进行合理而高效的回收。

发明内容

本发明的目的在于提供一种再生三元正极材料的方法，其能够将金属锂元素和过渡金属元素(镍、钴、锰)分开，高效率的回收废旧电池中的三元正极材料，并且合成三元正极材料的工艺反应周期短、易控制，制得的短棒状三元正极材料具有优异的电化学性能。

本发明的另一目的在于提供一种再生三元正极材料，其形貌为短棒状，锂离子迁移路程较短，电化学性能优异。

本发明的实施例是这样实现的：

一种再生三元正极材料的方法，其包括以下步骤：

S1步骤：拆卸电池，洗去电解液，得到失活三元正极材料；

S2步骤：乙酸溶液溶解失活三元正极材料，得到第一混合液；

S3步骤：将第一混合液与还原剂混合，得到还原第一混合液，将还原第一混合液与草酸溶液后，得到第一悬浮液；

S4步骤：第一悬浮液过滤得到第一沉淀和第二混合液；

S5步骤：将第二混合液用氢氧化钠溶液调pH值至碱性时，与碳酸钠溶液混合，得到第二悬浮液；

S6步骤：将第二悬浮液过滤得到第三混合液和第二沉淀；

S7步骤：将第一沉淀、第二沉淀、乙醇、蔗糖和长链有机物混合得到混合物，将混合物球磨后，点燃得到前驱体粉末；

S8步骤：将前驱体粉末经高温煅烧后得到再生三元正极材料。

优选的，S7步骤中，长链有机物选自PEG-4000、PEG-400、PVP中的任意一种。

优选的，S7步骤中，长链有机物为PEG-4000。

优选的，S7步骤中，球磨是在氮气氛围下进行。

优选的，S7步骤中，球磨时间为1～3h。

优选的，S7步骤中，点燃是在氧气中进行。

优选的，S7步骤中，第一沉淀、第二沉淀、乙醇、蔗糖和长链有机物的用量比为14～15g：4.2～4.5g：25～35ml：1～2g：15～20g。

优选的，S3步骤中，还原剂选自抗坏血酸、水合肼、柠檬酸中的任意一种。

优选的，S3步骤中，还原剂与第一混合液的用量比为100ml：15～20g。

一种再生三元正极材料，利用上述的再生三元正极材料的方法制得，再生三元正极材料为短棒状。

本发明实施例的再生三元正极材料的方法及再生三元正极材料的有益效果是：先以草酸为沉淀剂，将镍、钴、锰元素进行沉淀，调节pH值后以碳酸钠为沉淀剂，将锂元素沉淀。上述多次沉淀过程将废旧电池的三元正极材料中的所有金属元素进行了回收，并合理的将金属锂元素和过渡金属元素(镍、钴、锰)分开，为后续的三元正极材料合成部分提供了原料。得到的沉淀采用固相球磨过程中添加有机溶剂的方法控制材料晶核为短棒状，并在球磨后进行点燃实现草酸根，碳酸根的快速分解。整个球磨和点燃过程反应周期短，可以快速的得到三元正极材料的前驱体。经高温结晶后的再生三元正极材料为短棒状，其具有一维扩散通道，在充放电过程中，锂离子迁移路程短，可实现快速脱嵌，且具有优异的电化学性能。

附图说明