[发明专利]一种锰掺杂再生磷酸铁锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锰掺杂再生磷酸铁锂正极材料的制备方法。其包括以下步骤：1）将废旧磷酸铁锂电池正极材料煅烧后从正极集流体上剥离，过筛，得废旧正极料；2）依据废旧正极料中的元素含量，补充添加锂源、铁源、锰源和磷源，使锂源、铁源、锰源和磷源的终摩尔比为1.05：0.9―0.99：0.01―0.1：1，同时按理论产出磷酸铁锂质量的1―25%加入碳源，然后进行湿法球磨，获得均匀混合物；3）将均匀混合物在惰性气氛保护下，于600―750℃煅烧2―10h，即得。本发明工艺简单、易于放大，所得产物颗粒粒径分布较窄、导电性能良好、比容量高、循环稳定、倍率性能优越，适合进行废弃磷酸铁锂电池正极材料的工业规模化回收再生。

技术领域

本发明属于废弃锂离子电池正极材料的回收再生技术领域，具体涉及一种简单的高性能锰掺杂再生磷酸铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术

电动汽车动力电池的产量大幅提高，会引发一些问题。首先，是锂资源的供给，由于锂矿石在全球分布不均，我国的锂矿储量较少，需要从南美国家进口；一旦上游资源被切断，将导致我国动力电池市场震荡。其次，电动汽车动力电池中含有大量有价金属和有机电解液，废弃电池一旦不能得到有效地回收处理，势必会对环境造成严重污染。因此，对废旧电池的回收处理成为了电动汽车和储能电池产业可持续发展的关键。

与钴酸锂、三元类正极相比，磷酸铁锂正极不含高回收价值的钴、镍等元素，因此目前针对废弃磷酸铁锂电池正极的回收处理主要集中在磷酸铁锂材料的再生和循环利用方面。陈江平等对回收得到的正极材料进行了低温和高温下的热处理，发现低温热处理后的材料无法满足使用要求，而高温热处理能达到再度使用的标准。Song等在废弃的材料中以一定的比例掺入新的LiFePO₄并采用高温固相法在氮气的保护下以不同的温度进行再生，发现在700℃的温度下掺杂比为3:7时，电池容量最高，满足重复使用的基本要求。Li等将回收的正极材料混合物在不同温度下用Li₂CO₃直接再生，再次合成LiFePO₄，具有满足中端锂离子电池重复使用要求的物理、化学和电化学性能。尽管通过不同的方法均可获得再生LiFePO₄正极，但产物的性能仍然不够理想，未能达到商品化LiFePO₄正极的技术指标。虽然目前针对LiFePO₄正极材料的改性已有大量工作报道，但这些改性技术均是借助于直接通过原材料合成LiFePO₄，而它们能否同样用于废旧LiFePO₄电池正极材料再生过程还不得而知。。

为此，本发明提出一种简单的高性能锰掺杂再生磷酸铁锂正极材料的制备方法，通过在废旧LiFePO₄电池正极材料再生过程中一步引入元素Mn来改善再生正极的电化学性能。该一步再生改性技术具有工艺简单、改性效果明显、应用性强等优点，有望实现废旧磷酸铁锂电池正极材料的大规模循环再利用。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种高性能锰掺杂再生磷酸铁锂正极材料及其制备方法，其具有制备工艺简单、再生改性效果明显、应用性强等优点，有望实现废旧磷酸铁锂电池正极材料的大规模循环再利用。

本发明还提供了上述高性能锰掺杂再生磷酸铁锂正极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锰掺杂再生磷酸铁锂正极材料的制备方法。其包括以下步骤：

1）将废旧磷酸铁锂电池正极材料煅烧后从正极集流体上剥离，过筛，得废旧正极料；

2）依据废旧正极料中的元素含量，补充添加锂源、铁源、锰源和磷源，使锂源、铁源、锰源和磷源的终摩尔比为1.05：0.9―0.99：0.01―0.1：1，同时按理论产出磷酸铁锂质量的1―25%加入碳源，然后进行湿法球磨，获得均匀混合物；