[发明专利]由再循环的锂离子电池合成的电荷材料

说明书

锂离子电池(LIB)再循环被认为是工业可持续性的重要组成部分。便携式电子产品、电动汽车和网格储存中的大量LIB最终将成为废物，导致严重的经济和环境问题。因此，已经做出巨大努力来改进湿法冶金再循环工艺，因为它具有广泛的适用性、低成本和高生产率，所以它是处理报废LIB的最有前途的选择。尽管有这些优点，但一些额外的元素(Al、Fe、C、F等)在除去过程中作为杂质保留并且保留在溶液中，这对获得高品质阴极材料带来了挑战。本方法通过在浸出溶液中添加潜在的杂质证明了改进的电化学性能。

相关申请

本专利申请涉及2016年11月22日提交的标题为“METHOD AND APPARATUS FORRECYCLING LITHIUM-ION BATTERIES[用于再循环锂离子电池的方法与装置]”的美国专利申请号15/358,862，现美国专利号10,522,884，其通过援引以全文并入本文。

背景技术

锂离子电池(LIB)广泛用于汽车、个人电子产品和工业应用。再循环电池的废物流通常包括对整个电池件进行不加选择的搅拌(粉碎和切碎)，从而产生阴极、阳极、隔膜和外壳材料的掺和混合物。LIB(如NCM)中使用的主流阴极材料由镍和钴等重金属组成，这些重金属不仅有毒，而且价格昂贵且有限。毫无疑问，电池废物的累积负担可能会带来环境和经济挑战，除非有一个切实可行的解决方案来管理报废的LIB。再循环技术主要包括三类，包括火法冶金再循环、湿法冶金再循环和直接物理再循环。湿法冶金工艺因其高回收效率、大规模生产能力以及低能源成本，已经作为一种有前途的电池再循环方法在研究和工业中被广泛采用

锂离子电池(LIB)再循环被认为是工业可持续性的重要组成部分。便携式电子产品、电动汽车和网格储存中的大量LIB最终将成为废物，导致严重的经济和环境问题。因此，已经做出巨大努力来改进湿法冶金再循环工艺，因为它具有广泛的适用性、低成本和高生产率，所以它是处理报废LIB的最有前途的选择。尽管有这些优点，但外来元素(Al、Fe、C、F等)通常在去除过程中作为杂质保留并且保留在溶液中，这对获得高品质阴极材料带来了挑战。

发明内容

本文的配置证明了由通过湿法冶金共沉淀获得的NCM阴极材料中的氟杂质或掺杂导致的有益增强。由于阴极颗粒表面上较高的Ni²⁺比率，最高达5at％氟杂质可以对回收的材料产生积极影响。此外，共沉淀过程中氟离子的存在会导致阴极颗粒中形成孔，从而显着提高倍率性能和循环性能。与原始电荷材料相比，具有0.2at％氟杂质的NCM622(LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂)材料的容量提高了约8％(167.7mAh/g)，其中在0.33C下循环100次后的显著容量保持率为98.0％。此外，氟杂质为0.2at％的阴极材料表现出比原始材料好得多的倍率性能，特别是在高倍率下(在5C下增加约7％)。这些结果表明，通过在浸出溶液中添加潜在的杂质，电化学性能得到了改善，更具体地说，在湿法冶金再循环过程中，低浓度的氟杂质是理想的，特别是对于NCM制剂。所披露的方法证明了通过用离子掺杂的共沉淀生产在高性能NCM622阴极材料的设计中的有益含义。

本文的配置部分基于以下观察：Li离子电池的再循环流倾向于引入另外的材料，通常被视为“杂质”。先前使用的电池的物理拆卸将结构和电路方面引入再循环流，如物理外壳、集电器和内部电路。耗尽/废旧电荷材料中也可能存在预先存在的杂质。遗憾的是，常规方法的缺点是难以完全除去杂质，并且经常导致除去足够的杂质而不除去有价值的电荷材料化合物的平衡问题。本文的配置通过鉴定实际上对所得电荷材料的性能具有有益影响的杂质而基本上克服了常规方法的缺点。