[发明专利]一种碳包覆磷酸铁锰锂的制备方法和锂离子电池

说明书

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种碳包覆磷酸铁锰锂的制备方法和锂离子电池。本发明的碳包覆磷酸铁锰锂的制备方法，包括如下步骤：用氯化法钛白粉生产过程中的酸性废水浸泡锂离子电池中分离的废固磷酸铁锂，浸泡后固液分离得到滤液；对滤液进行ICP测试；补加铁源和/或锰源、锂源、磷源后反应得到磷酸铁锰锂前驱体；将磷酸铁锰锂前驱体、碳源、水和分散剂混匀后得到磷酸铁锰锂浆料，磷酸铁锰锂浆料依次经过研磨、干燥和焙烧得到碳包覆磷酸铁锰锂。本发明提供的方法不仅有效解决了氯化法钛白粉生产过程中的酸性废水和锂离子电池中分离的废固磷酸铁锂的回收再利用问题，而且大幅度降低了碳包覆磷酸铁锰锂的生产成本。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体而言，涉及一种碳包覆磷酸铁锰锂的制备方法和锂离子电池。

背景技术

目前，以磷酸铁锂为正极材料的锂离子二次电池由于安全性能良好、高温性能好、成本低，逐渐成为了电化学储能的较佳选择，占据了大部分的市场份额，且在动力电池市场拥有一定比例。锂离子电池经过数百次循环后，电池内部结构发生变形或坍塌，抑制了锂离子的扩散，使电极材料失活进而导致电池报废。随着锂离子电池的大量使用，因为长时间充放循环而报废的锂离子电池日渐增加，产生了大量满足不了相应的储能需求的废旧锂离子电池。废旧电池正极材料中的活性物质基本保留了失效前活性物质的组份和结构。如果直接将这些废旧电池像其他垃圾一样处理，则很可能会造成严重的环境污染，还存在电池短路带来火灾的隐患。因此，为了回收再利用材料、节约成本并保护环境，回收锂电池废料变得很有必要。但现有的回收锂离子电池废料方法存在工艺复杂、回收率不高、回收不完全、易产生二次污染的缺陷。

二氧化钛是一种重要的白色颜料，广泛应用于涂料、油墨等领域。现有技术中制备钛白粉的方法可分为硫酸法和氯化法。其中氯化法生产钛白粉的工艺流程主要包括四氯化钛制备、四氯化钛的氧化和二氧化钛的表面处理三大部分。氯化法钛白粉生产过程中产生大量含有氢离子、亚铁离子的废酸溶液。如不妥善处理，必将造成资源浪费、造成水体及土壤污染等环境污染问题。

有鉴于此，发提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种碳包覆磷酸铁锰锂的制备方法，解决了氯化法钛白粉生产过程中的酸性废水和锂离子电池中的废固磷酸铁锂的综合利用的问题。

本发明的第二目的在于提供一种锂离子电池，包括以钛白粉生产过程中的酸性废水和锂离子电池中的废固磷酸铁锂为原料制得的碳包覆磷酸铁锰锂，大幅度降低了锂离子电池的生产成本。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种碳包覆磷酸铁锰锂的制备方法，包括如下步骤：

(A)用氯化法钛白粉生产过程中的酸性废水浸泡锂离子电池中分离的废固磷酸铁锂，浸泡后固液分离得到滤液；

(B)对滤液进行ICP测试，得到滤液中Li元素、Fe元素、Mn元素、P元素的含量；

(C)按照滤液中Fe、Mn元素的摩尔数x+y＝1补加铁源和/或锰源，其中：x＝0.6～0.9，y＝0.1～0.4；按照滤液中Li元素与Fe、Mn元素之和的摩尔比为1～1.05：1补加锂源；按照滤液中P元素与Fe、Mn元素之和的摩尔比为1：1补加磷源；将滤液的pH值调节至8～11后反应得到磷酸铁锰锂前驱体；

(D)将磷酸铁锰锂前驱体、碳源、水和分散剂混匀后得到磷酸铁锰锂浆料，磷酸铁锰锂浆料依次经过研磨、干燥和焙烧得到碳包覆磷酸铁锰锂。

本发明还提供了一种锂离子电池，包括上述碳包覆磷酸铁锰锂的制备方法制备的碳包覆磷酸铁锰锂。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：