本申请涉及一种以退役锂离子电池正极材料为原料制备再生富锂锰基正极材料的方法,属于废旧电池材料回收领域。
背景技术:
1、由于具有工作电压高、重量轻、无记忆效应、循环使用寿命长等种种优势,锂离子电池技术日趋成熟,被广泛应于便携式设备及电动汽车等电子产品中。然而,由于其有限的使用寿命,产生了大量的废旧锂离子电池。废libs(锂离子电池)含有有毒重金属和有机溶剂,如果以焚烧或土壤填埋等不合理的方式处理,将对环境和人类健康构成一定威胁。但与此同时,战略性钴、稀缺的锂和其他金属资源使废libs成为许多金属元素的二次来源,通过回收得到的锂、钴等元素成本将大大降低。因此,科学有效地回收废libs不仅可以有效解决处理过程中对环境的污染,还可以缓解资源短缺问题,具有重要的经济意义和环境意义。
2、正极材料的回收再生方法可分为火法冶金,湿法冶金和直接回收再生三种。火法冶金和湿法冶金由于具有反应剧烈、能耗高、有害气体排放多、污染严重且工艺复杂的缺点,一直受到环境保护和经济成本的限制。直接再生的方法是基于失效正极材料的组成和结构对其进行直接再生,流程短且能量和化学品消耗低,因而具有更低的成本,对环境更加友好。
3、目前,相关的回收工作大多专注于修复再生为同种三元正极材料,其流程较为繁琐,投入成本较大,且回收再生的原料可能在能量密度等性能上无法满足人们的需求。因此,通过再生为更加优秀的高能量密度储能材料,可以成为电池回收方面另一种更好的选择。
技术实现思路
1、本申请中,ncm111是指三元正极材料中镍(ni)、钴(co)、锰(mn)的比例均为1:1:1,化学式为lini1/3co1/3mn1/3o2。
2、本申请中,lmo正极材料指锰酸锂正极材料,化学式为limn2o4。
3、根据本申请的一个方面,提供了一种以退役锂离子电池正极材料为原料制备再生富锂锰基正极材料的方法,包括以下步骤:
4、1)将废旧ncm111正极材料粉末与酸性溶剂混合,得到浸出液i;将废旧lmo正极材料粉末与酸性溶剂混合,得到浸出液ii;通过icp(电感耦合等离子体光谱仪)测定两种浸出液种镍离子、钴离子和锰离子浓度,根据富锂锰li1.2mn0.54co0.13ni0.13o2中镍钴锰元素按化学计量比调整两种浸出液的比例,混合得到正极材料浸出液;
5、2)将碳酸氢钠溶于碱与水的混合溶剂中,得到澄清溶液;
6、3)将澄清溶液滴入正极材料浸出液中,加热、搅拌,调节ph为6.5~11.5,抽滤得到富锂锰氧化物前驱体;
7、4)将富锂锰氧化物前驱体与锂源混合,煅烧i,煅烧ii,得到再生富锂锰基正极材料。
8、1)中,所述酸性溶剂选自有机酸水溶液或双氧水水溶液。
9、所述有机酸水溶液的浓度为1~4mol/l。
10、所述有机酸选自乙酸、柠檬酸、抗坏血酸、甲酸、草酸中的至少一种。
11、所述双氧水水溶液的浓度为1~10vol%。
12、所述废旧ncm111正极材料粉末或废旧lmo正极材料粉末与所述酸性溶剂的固液比为5~35g/l。
13、所述混合的温度为40~90℃。
14、所述混合的时间为10~180min。
15、废旧ncm111正极材料粉末和废旧lmo正极材料粉末是废旧锰酸锂、镍钴锰三元锂离子电池正极材料经过浸泡、洗涤、拆解、破碎、筛选、清洗得到的。
16、2)中,所述碱选自氨水和/或氢氧化钠溶液。
17、所述碱与水的混合溶剂中,碱与水的体积比为1:1~1:5。
18、所述澄清溶液中,所述碳酸氢钠的浓度为1~2.5m。
19、3)中,所述加热的温度为20~70℃。
20、所述加热的时间为1~6h。
21、加热后还可以老化0.5~4h。
22、4)中,所述锂源选自碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂中的至少一种。
23、所述富锂锰氧化物前驱体与锂源的摩尔比为1:1.05~1.25。
24、所述煅烧i的温度为400~550℃。
25、所述煅烧i的时间为6~10h。
26、所述煅烧i的升温速率为2~10℃/min。
27、所述煅烧ii的温度为700~900℃。
28、所述煅烧ii的时间为10~12h。
29、所述煅烧ii的升温速率为2~10℃/min。
30、根据本申请的另一个方面,提供一种镍钴锰三元锂离子电池正极材料,通过上述的方法得到。
31、本申请能产生的有益效果包括:
32、1)本申请从废旧锂电三元正极材料回收,得到富含ni、co、mn、li离子的溶液,进一步简单反应,生成锂离子电池富锂锰基正极材料,工艺简单,流程简易;采用有机酸与双氧水溶液为浸出剂,浸出剂效果温和,对环境与人体污染伤害小,且浸出液可以进行回收利用,此外,浸出剂还有着有高的浸出效率和适宜的萃取能力。
33、2)与现有技术相比,材料所需镍钴锰过渡金属元素均由ncm111、lmo材料浸出液提供,无需其他过渡金属盐的加入,降低了成本,以及减少了操作步骤。
34、3)提供的方法工艺简单,流程简易,且可通过调控金属离子源的种类和含量,回收过程中,回收获得的有价ni、co、mn离子均为正极材料的活性金属,可以有效提供容量。
35、4)提供的方法,在合成锂离子电池正极材料时,选用的共沉淀法工艺成熟,流程简单,可有效回收再生为锂离子电池富锂锰基正极材料,且制备得到的正极材料因此具备更优异的倍率性能和循环性能,一定程度上实现资源的循环再利用。
1.一种以退役锂离子电池正极材料为原料制备再生富锂锰基正极材料的方法,其特征在于,
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
10.一种镍钴锰三元锂离子电池正极材料,其特征在于,