[发明专利]一种锂离子电池三元正极材料的再生修复处理方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池三元正极材料的再生修复处理方法。该方法首先将失效的锂离子电池三元正极材料加入到DMF中除去电解质，再通过NMP浸泡洗涤使表面的CEI膜的厚度≤10nm，以去除表面的PVDF以及CEI膜中的有机锂盐成分，然后进行退火处理进一步去除多余的PVDF；再进行水热补锂处理后，根据CEI膜的厚度确定高温煅烧温度和时间，使得表面残留的LiOH以及CEI膜中的无机锂盐与空气中的二氧化碳反应生成碳酸锂熔融盐，进而和材料表面的岩盐相反应生成修复好的层状三元材料。本发明针对失效的正极材料表面的CEI膜的结构和组成，对现有的水热修复技术进行改进，从而得到性能优异的再生正极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子废旧电池回收技术领域，尤其涉及一种锂离子电池三元正极材料的再生修复处理方法。

背景技术

锂离子电池(LIBs)由于具有高能量密度(260 Wh kg⁻¹和700 Wh L⁻¹)、高库仑效率(99.98%)和长循环寿命(1000次循环)等特点，成为适用于便携式电子产品和电动汽车主要的动力源。随着市场需求的快速增长，锂离子电池的全球生产能力有望在未来5年达到每年GWh。在这种情况下，回收和再利用废弃锂(运行5年10年后)，回收锂和过渡金属资源，以及消除废弃电池处理带来的污染，已成为一项紧迫的任务。

目前回收阴极材料的方法包括火法冶金、湿法冶金和直接回收。火法冶金需要高温熔炼以及多步净化和分离过程；湿法冶金法需要酸浸和随后复杂的沉淀步骤来生产用于重新合成新阴极材料的前驱体。两种方法都必须完全破坏阴极粒子。与上述方法不同的是，直接回收方法结合了物理分离过程来获取阴极材料，并通过后处理(如重熔、退火)过程来修复电极颗粒的成分和结构缺陷，从而产生再生的阴极，这些阴极很容易用于制造新电池。在适当的条件下，直接再生阴极材料可以表现出高的比容量，高循环稳定性和高倍率特性。

然而，目前的修复过程仅仅局限于对材料表面相变的机理分析，很少有对材料表面CEI膜的修复进行深入探讨。三元材料正极在充放电循环后，表面会形成一层接近100纳米的CEI膜，它的成分根据采用的电解质不同而略有区别，但是主要可以分为有机锂盐和无机锂盐两大类。其中无机锂盐紧紧生长在三元材料表面，而有机锂盐则在材料外侧，和电解液直接接触。CEI膜的存在会影响锂离子的扩散迁移，造成材料的电化学阻抗的变化。并且在回收修复三元材料时，CEI膜也会有一定的阻碍作用，为了得到更高性能的三元材料，CEI膜的修复也必须考虑其中。

因此，针对三元材料的理论分析，研究其修复性能的关键影响因素对修复工艺的确定具有重要意义。其中，对电池进行原位阻抗等电化学性能测试分析不仅有利于从原理上了解材料性能的影响因素，还有利于指导实验设计对材料进行再次回收利用。再通过水热结合熔融盐法对失效材料进行回收利用具有重要的社会经济学意义。而现有技术虽然也有水热补锂和高温煅烧处理的修复工艺，但由于未留意到CEI膜在其中的变化和影响，存在对水热补锂缺乏前置预处理、缺乏对水热补锂和高温煅烧处理的工艺参数的针对性设置等问题。

有鉴于此，有必要设计一种改进的锂离子电池三元正极材料的再生修复处理方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池三元正极材料的再生修复处理方法，针对失效的正极材料表面的CEI膜的结构和组成，对现有的水热修复技术进行改进，从而得到性能优异的再生正极材料。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电池三元正极材料的再生修复处理方法，包括以下步骤：

S1.将失效的锂离子电池三元正极材料加入到N，N-二甲基甲酰胺中除去电解质，然后将其浸泡至温度为45-75 ℃的N-甲基-2-吡咯烷酮中进行洗涤处理，然后测试其表面的CEI膜的厚度，接着进行离心、干燥、筛分和退火处理，得到预处理三元正极材料；