一种磷酸铁锂电池正极材料回收再利用的方法与流程

【技术领域】

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锂电池正极材料回收再利用的方法。

背景技术：

以具有橄榄石结构的磷酸盐类材料lifepo4作为锂离子电池正极材料，其理论容量在170mah/g左右，同时具有结构稳定、安全性高、电池循环性好等诸多优点。然而，在生产过程中，由于温度、气氛、混料等控制不当容易造成材料团聚、粒度较大、烧结不完全等问题成为废品。对于这些磷酸铁锂正极材料的废料，通常做法是直接当废品处理，大量废料不但浪费了资源，处理不当还会造成环境污染。

鉴于此，实有必要提供一种新型的磷酸铁锂电池正极材料回收再利用的方法以克服以上缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种方便、简单的磷酸铁锂电池正极材料回收再利用的方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种磷酸铁锂电池正极材料回收再利用的方法，包括如下步骤：

步骤1：将废磷酸铁锂在空气气氛中加热充分氧化，加热温度为500℃～800℃；

步骤2：将步骤1得到的材料中加入碳源及分散介质进行球磨并充分混合，然后将得到的混合物在干燥箱中进行干燥处理；

步骤3：将步骤2得到的混合物在惰性气氛中保温6h～8h。

相比于现有技术，本发明提供的磷酸铁锂电池正极材料回收再利用的方法避免了不同废磷酸铁锂碳含量不一致、颗粒大小不均匀的影响，经过氧化、球磨处理有利于制备性能更均一的产品，保证了所得材料的性能稳定性，提高了电化学性能，并且回收方法方便、简单。

【附图说明】

图1为本发明提供的对比例1所制备的磷酸铁锂正极材料的sem图。

图2为本发明提供的对比例2所制备的磷酸铁锂正极材料的sem图。

图3为本发明提供的实施例所制备的磷酸铁锂正极材料的sem图。

图4为本发明提供的对比例1、对比例2及实施例所制备的磷酸铁锂正极材料0.2c倍率下的充放电曲线图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

本发明提供一种磷酸铁锂电池正极材料回收再利用的方法，包括如下步骤：

步骤1：将废磷酸铁锂在空气气氛中加热充分氧化，加热温度为500℃～800℃；

步骤2：将步骤1得到的材料中加入碳源及分散介质进行球磨并充分混合，然后将得到的混合物在干燥箱中进行干燥处理；

步骤3：将步骤2得到的混合物在惰性气氛中保温6h～8h。

具体的，所述步骤2中的碳源为蔗糖或葡萄糖，所述碳源占所述步骤2中混合物的质量百分比为6％～10％。

具体的，所述步骤2中的分散介质为无水乙醇，所述分散介质与所述废磷酸铁锂的质量比为1∶1～1∶2。

具体的，所述步骤2中的球磨时间为4h～8h，球磨转速为300～500rpm。

具体的，所述步骤2中的干燥处理温度为70℃～80℃，干燥处理时间为8h～10h。

具体的，所述步骤3中的保温温度为600℃～800℃。

具体的，所述步骤3中惰性气体是n2。

本发明提供的磷酸铁锂电池正极材料回收再利用的方法避免了不同废磷酸铁锂碳含量不一致、颗粒大小不均匀的影响，经过氧化、球磨处理有利于制备性能更均一的产品，保证了所得材料的性能稳定性，提高了电化学性能，并且回收方法方便、简单。

对比例1：

直接取适量废磷酸铁锂正极粉料在n2气氛中保温8h，保温温度800℃，待冷却至100℃以后得到新磷酸铁锂正极材料。

对比例2：

取适量废磷酸铁锂正极粉料，加入质量比1:1的无水乙醇在行星式球磨机中充分混合，球磨转速400rpm、球磨时间6h，将得到的混合浆料在干燥箱80℃干燥8h。最后将烘干的粉料在n2气氛中保温8h，保温温度800℃，待冷却至100℃以后得到新磷酸铁锂正极材料。

实施例：

取适量废磷酸铁锂正极粉料在空气中加热充分氧化，加热温度600℃；在得到的粉料中加入无水乙醇(质量比1∶1)及蔗糖(粉料质量的10％)在行星式球磨机中充分混合，球磨转速400rpm、球磨时间6h，将得到的混合浆料在干燥箱80℃干燥8h；最后将烘干的粉料在n2气氛中保温8h，保温温度800℃，待冷却至100℃以后得到新磷酸铁锂正极材料。

正极片的制备以及扣式电池的组装与测试：

以本发明实施例1制备的磷酸铁锂正极材料为活性物质，super-p为导电极，偏聚氟乙烯(pvdf)为粘结剂，依次按照80：10：10的比例与n-甲基吡咯烷酮(nmp)混合并研磨后得到浆料。将浆料涂覆于集流体铝箔上，真空120℃干燥12h，冲片，制得直径为10mm的正极圆片。

测试电池选用cr2032扣式电池，负极选用直径14mm的金属锂片，电解液选用1mollifp6(ec：dmc：emc＝1:1:1，v/v)，以负极壳—弹片—垫片—锂片—电解液—隔膜—正极片—垫片—正极壳的顺序将电池进行封装，整个过程都在充有氩气的手套箱中完成。

测试设备选用bts(电池测试仪)测试系统，充放电截止电压范围2.5～4.4v，测试温度25℃，记录电池的首次放电容量。

图1、图2及图3分别为本发明提供的对比例1、对比例2及实施例所制备的磷酸铁锂正极材料的sem图，请一并参阅图1、图2及图3，对比例1样品是直接烧结得到的，可以看出样品二次烧结后团聚较严重，一次颗粒尺寸基本在1～2.5um左右；对比例2样品通过球磨后二次烧结，可以看出样品形貌更规则，整体分布更均匀、颗粒尺寸减小至0.5～1.5um左右；实施例的样品经过完全氧化然后添加碳源球磨，颗粒形貌接近球形、样品分散均匀，大小均一，粒径尺寸0.5～1um左右。经对比分析得出，本发明实施例的磷酸铁锂正极材料的较小的颗粒缩短了锂离子的扩散路径，提高磷酸铁锂本体材料的锂离子和电子迁移率，进而可以提高材料的容量及循环性能。

图4为本发明提供的对比例1、对比例2及实施例所制备的磷酸铁锂正极材料0.2c倍率下的充放电曲线图，请参阅图4，从图中可以看出，对比例1直接烧结得到的正极材料由于颗粒长大并且团聚严重，因此放电比容量仅为133mah/g；对比例2对材料球磨后烧结得到的样品颗粒分散较好，放电比容量为143mah/g。实施例首先将材料氧化、添加碳源和球磨处理后进行烧结，使材料颗粒形貌更规则，粒径更小，分布更均匀，放电比容量达到150mah/g。本发明提供的磷酸铁锂电池正极材料回收再利用的方法对材料的放电比容量有明显的提升。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。