[发明专利]一种采用废旧钴酸锂电池直接再生高电压正极材料的方法

说明书

本发明公开一种采用废旧钴酸锂电池直接再生高电压正极材料的方法，将废旧钴酸锂电池经过放电、剥离、清洗、煅烧后得到废旧钴酸锂粉末，并检测其中钴和锂的含量；按照富锂锰基固溶体的化学计量比取纳米级锰氧化物、钴氧化物和镍氧化物，加入工业乙醇，配制成锰钴镍混合乙醇溶液；在搅拌机中加入工业乙醇作为底液并加入煅烧后的废旧钴酸锂正极材料粉末，再将锰钴镍混合乙醇溶液流加加入进行搅拌蒸干作业，控制反应温度、反应时间，得到复合前驱体；将复合前驱体与锂源混合煅烧之后冷却至室温，获得正极材料；本发明所制备的材料结晶度高，结构稳定性高，高电压充放循环稳定性好。

技术领域

本发明涉及废旧锂离子电池回收再生利用领域，具体地涉及一种采用废旧钴酸锂电池直接再生高电压正极材料的方法。

背景技术

高能量密度锂离子电池是储能领域重要的研究方向。锂离子电池以其能量密度大、充放电效率高、无记忆效应、自放电率低等优势被广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等移动电子产品，与日常生活工作息息相关。然而锂离子电池经过多次高压充放电循环后，材料表面活性材料由于过度的膨胀收缩致使结构发生改变进而报废失活，导致锂离子电池的使用寿命只有3～5年。因此随着电动汽车等行业的兴起，每年都将产生数量庞大的退役锂离子电池，久而久之将进一步威胁到社会资源安全。废旧电池的电解液、隔膜和其他添加剂等对环境具有毒害性，所以大量的废旧电池势必造成巨大的环境负担。同时，废旧电极材料中含有大量的镍、铁、锰、钴、锂等有价金属，通过简洁、经济的处理方法将这些有价金属回收再利用可突破新能源产业飞速发展而导致锂离子电池原料价格日益增加的瓶颈，这将会促进锂离子电池上下游产业的健康可持续发展。为此，提供一种科学绿色高效的废旧锂离子电池回收方法成为目前亟待解决的实际问题。

钴酸锂电池能量密度高、安全性能良好，是3C产品和便携式电子产品中主要的储能设备。而随着手机、电脑等电子产品更新换代的速度逐步提升，钴酸锂电池的报废量也随之升高。目前企业中，废旧钴酸锂电池的回收方法主要分为火法和湿法两种，其中主要的回收理念集中在对废旧钴酸锂电池中有价金属的提取。火法工业主要存在的问题是高能耗、粉尘污染严重、整体经济效益低；对于湿法工艺而言，工艺流程长，制备过程中大量的废水废液排放及后续净化处理问题仍需进一步解决。目前，直接回收法被认为是最有效的回收策略，不仅解决了火法回收工艺中有价金属回收率低等问题，而且相比于湿法回收工艺，该方法流程短且无废水废气排放。目前，针对废旧钴酸锂电池回收工艺的开发，已经成为热点研究方向。CN 113061727 A通过聚乙二醇-柠檬酸组成的混合溶剂，用于选择性浸出钴酸锂电池中的钴、锂、铜、铝离子。然而，以上方法存在以下不足：1)废旧正极材料的处理仍然引入湿法浸出、过滤过程等，工艺流程相对较长，制备条件难以控制；2)工艺流程中产生的废水、废液造成了额外的回收处理费用，导致整体回收工艺的经济价值相对降低。CN110098441 A提供了一种钴盐包覆钴酸锂粉末，煅烧再生钴酸锂正极材料的方法。该方法由于废旧钴酸锂的预处理过于繁琐，导致热利用率下降，并且再生出的正极材料电化学性能表现不佳。

富锂锰基固溶体是一种无毒、成本低廉且具有高能量密度的正极材料(～250mAh/g)，当充电电压低于4.6V时展示出优异的电化学稳定性，因此成为目前热门的研究系列材料。S.J.Shi等人以气凝胶为模板进行固相反应，在800℃下合成了0.6Li[Li_1/3Mn_2/3]O₂·0.4Li[Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3]O₂(Li_1.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13O₂)，初始容量为244.0mAh/g和153.9mAh/g(2.0～4.8V)，电流密度分别为200mA/g和2000mA/g)；但是还未发现有人采用废旧钴酸锂电池直接再生高电压正极材料。

发明内容