[发明专利]一种锂电池正极粉料回收方法、催化剂及其应用

说明书

本发明公开了一种锂电池正极粉料回收方法、催化剂及其应用。本发明提供的锂电池正极粉料回收方法，包括：以甲酸浸提锂电池正极粉料后，将所得固体用低共熔溶剂浸出；将所得浸出液和甲醛发生聚合反应；热解所得树脂即得；其中低共熔溶剂的前体包括氢键受体和氢键供体；氢键受体包括氯化胆碱；氢键供体包括第一氢键供体和第二氢键供体；第一氢键供体包括间苯二酚和间苯三酚中的至少一种；第二氢键供体包括3‑羟基吡啶、2‑氰基苯酚、4‑氰基苯酚和对硝基苯酚中的至少一种。上述制备方法通过调控制备过程，能够充分利用锂离子电池的正极粉料，过程中无需将过渡金属分离，简化了操作步骤和成本。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种锂电池正极粉料回收方法、催化剂及其应用。

背景技术

可充电锂离子电池是一种具有高容量密度和环境可持续性的能量转换和存储设备，近年来被广泛应用在便携设备和电动汽车等领域。锂离子电池的寿命仅有3-10年，因此预计在未来将会产生大量使用过的锂离子电池。随着锂离子电池使用数量的迅速增加，市场对锂资源的需求急剧增加，钴相对昂贵，大量积累的钴也会引起健康和环境问题；虽然从废旧电池中有效回收原料具有经济和环境优势，但现有技术仍然面临实际问题。具体的，废旧锂电的可回收价值主要集中在正极，现有的一般回收方法是基于火法冶金，湿法冶金。火法冶金多在1400℃或者是更高的温度下进行，需消耗大量的能量并且会排放有害气体，因此操作过程需要采取严格的安全措施。火法冶金回收得到的金属以合金的方式存在，合金往往还需要湿法冶金来进行分离，增加了回收成本。湿法冶金是采用腐蚀性的试剂（如硝酸、盐酸和硫酸）对金属进行浸出的方法，存在腐蚀设备的危害。而且某些元素由于性质相似，分离难度大，成本较高，同时该方法还存在废水处理的问题。

同时，随着能源需求的不断增长和化石燃料的消耗，针对可再生能源的转换和存储系统，如燃料电池、金属-空气电池和水电解的研究越来越多。其中，氧电极是上述可再生能源的转换和存储系统的重要组成部分，包括两个逆反应，即氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)。但是氧电极上复杂的四电子转移过程动力学迟缓，导致需要很大的过电位，阻碍了反应效率。因此，高效的电催化剂对于降低反应的过电位具有重要意义。

综上，现有的能源存储、供应系统中，锂离子电池占有一定份额，但预计在未来，能源系统会向燃料电池、金属-空气电池和水电解方向倾斜，此外废旧锂离子电池的储量会有一定上升；考虑到锂离子电池中的过渡金属是常用的催化剂原料；因此采用简单、经济的方法，回收废旧锂离子电池正极粉料，并从中制备高效催化剂将存在重要的工业和经济意义。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种锂电池正极粉料回收方法，通过调控制备过程，能够充分利用锂电池正极粉料，且过程中无需将过渡金属分离，简化了回收的操作步骤和成本。

本发明还提出一种由上述锂电池正极粉料回收方法制得的催化剂。

本发明还提出上述催化剂的应用。

根据本发明的一个方面，提出了一种锂电池正极粉料回收方法，包括以下步骤：

S1.以甲酸浸提锂电池正极粉料后固液分离；

S2.将步骤S1所得固体用低共熔溶剂浸出得浸出液；

S3.将步骤S2所得浸出液和甲醛混合后，向其中添加碱性试剂发生聚合反应，得树脂；

S4.将步骤S3所得树脂热解；

所述低共熔溶剂的前体包括氢键受体和氢键供体；所述氢键受体包括氯化胆碱；所述氢键供体包括第一氢键供体和第二氢键供体；

所述第一氢键供体包括间苯二酚和间苯三酚中的至少一种；所述第二氢键供体包括3-羟基吡啶、2-氰基苯酚、4-氰基苯酚、对硝基苯酚和三聚氰胺中的至少一种；

所述氢键受体、第一氢键供体和第二氢键供体的摩尔比为1:1:1~3。