[发明专利]一种再生锂离子电池电极材料的装置及方法

说明书

本发明提供一种再生锂离子电池电极材料装置及方法，利用电容器瞬间放电的特性使其在常压空气氛围下，秒级时间内产生大量焦耳热将电极间的废旧电极材料杂质去除；将废旧电极材料装入反应装置后抽真空；选定电容器后利用直流稳压电源给电容器充电；充电至预定电压后放电。本发明所设计的装置简单、安全、消耗能源少，所再生的废旧电极材料步骤简易，一步便可完成电极材料的再生，电化学性能优异。

技术领域

本发明涉及一种电极材料的装置和方法，具体涉及一种再生锂离子电池电极材料的装置及方法。

背景技术

在新能源产品市场规模日趋增大的年代，锂离子电池在我国年产量达到了上百亿支，但经过长时间使用后的废旧锂离子电池很难处理，也无法再次使用，废旧锂离子电池带有大量重金属(铁、镍、钴、铜、铝等)，同时电池内部含有大量有机废液(电解液等)，对环境易造成不可逆的破坏，且分离后的废旧电极材料无法再次使用。目前，针对如今市场规模最大的磷酸铁锂和三元电池的回收方法主要通过溶液中超声分离电极材料后，使用高温固相法或化学分离法将电极材料回收，步骤繁杂、破坏环境的同时回收后的电极材料的电化学性能较低，急需探究一种既可以低成本、环境友好的回收材料的同时，能够将其再次使用于锂离子电池的再生方法。目前的技术主要存在的问题有：

高温固相法：该方法回收正极材料(磷酸铁锂、三元材料等)时，需要在不同的气体氛围下多次煅烧：通过氧化性气体氛围煅烧去除电极材料中的导电剂和粘结剂，再通过测定材料元素占比后补充含铁、镍、钴、锰、锂的盐并进行多次不同温度惰性气体氛围下的煅烧；回收负极材料(石墨等)时，需要在惰性气体氛围下多段不同温度煅烧，去除石墨中的锂、铁等元素以及粘结剂和电解液；

高温固相法技术问题：高耗能的加热、保温煅烧功能，高纯度的惰性气体保护，持续高温使材料晶体结构变化导致产品电化学性能较低；

化学分离法：该方法回收正极材料时，通过强酸将正极材料(磷酸铁锂、三元材料等)溶解后去除材料中的杂质，再使用强碱进行沉淀，球磨后还需惰性气体氛围下的煅烧再成型；负极材料(石墨等)需通过强酸进行杂质分离，多次水洗后球磨、烘干；

化学分离法技术问题：这种方式需要使用大量的酸、碱进行回收，产生了大量废液，对环境造成了二次破坏，且耗时也很长(溶解、沉淀、重结晶)，电化学性能较低

发明内容

针对上述问题，提出以下发明构思：在废旧电极材料两端施加直流电进行瞬时大电流直流放电，利用废旧电极材料的不良导体特性，内部产生焦耳热，瞬间将加热到一定温度，使电极材料中的杂质挥发。(瞬时高能量冲击)。

本发明构思特点：

1、瞬间超高能量去除杂质

无论使用化学还原(内部键能的变化)还是高温热还原(持续施加热能量)的方法，都是对废旧电极材料中的电解液、钝化膜、以及多余“死锂”进行挥发或酸碱反应使其去除，如果利用瞬间的超高能量对废旧电极材料进行击打，能量均匀施加于材料内部，在常压空气氛围下即可使材料在瞬间升到一定温度，能够使杂质得到去除得。

2、瞬间超高能量回收的反应产品杂质含量少，不改变晶体结构，电化学性能好

不引入介质以及酸、碱溶液，从根本上解决了固液分离、干燥、废液的产生等问题；由于反应温度分布均匀，杂质去除较为完全，且导电性高；控制一定温度的反应可以不改变材料本身的晶体结构，保持其良好的电化学性能。

3、瞬间的超高能量反应允许在常压空气氛围下进行还原反应，不需要无氧环境保护

在瞬间(秒级)的高能量击打下发生的瞬间高温反应能够使反应物质不与空气中的氧进行任何反应就完成还原，因此不需要惰性气体或真空环境下的无氧保护。

4、瞬间的超高能量击打相对于传统高温热还原的方法能耗降低