[发明专利]一种废旧磷酸盐正极材料再生利用的方法

说明书

本发明提供了一种环保、成本低廉、适合于大规模生产的磷酸盐正极材料再生利用方法。通过使用废旧磷酸铁锂或者磷酸铁锰锂正极材料粉体与锂源、铁源或者锰源、磷源一混一烧制备出低碳磷酸盐正极材料前驱体，然后接着将锂源、前驱体、碳源进行二混二烧，可制备出电化学性能优异、压实密度较高的再生磷酸盐正极材料磷酸铁锂或者磷酸铁锰锂。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种废旧磷酸盐正极材料再生利用的方法。

背景技术

以磷酸铁锂、磷酸铁锰锂为代表的磷酸盐正极材料，因其结构稳定、价格低廉，理论容量较高，工作电压平稳，无毒环保，结构稳定，安全、热稳定性好和长循环寿命等优点，使其一直成为广大学者的研究热点，并受到动力和储能市场的广泛关注，尤其是磷酸铁锂，已大量应用于电动汽车以及储能电池上，而能量密度较高的磷酸铁锰锂，作为磷酸铁锂的替代材料，也慢慢开始被应用于动力电池上。

随着电动汽车以及动力电池的快速发展，磷酸铁锂、磷酸铁锰锂材料产量也在快速增长，然而在生产这些材料的同时也会产生大量不合格品废料，如材料电化学性能不合格，比表面过高、压实密度过低等。同时，由于磷酸铁锂动力电池的大量应用，使用寿命到期，每年均有大量的磷酸铁锂电池报废，如何将这些废料以及报废电池材料重新利用具有重要的意义，也逐渐成为人们的研究热点。

中国专利CN105977569B公开了一种磷酸铁锂废料制备磷酸铁锂的方法，该专利先将磷酸铁锂废料焙烧，然后加磷酸浸出得到磷酸锂和磷酸铁的混合物，再加入铁粉，将溶液中三价铁还原成二价铁，过滤除去过量的铁粉；将滤液置于反应釜中，调节溶液pH为8，加热至180℃，反应5h，自然冷却后过滤、干燥，在500℃下焙烧4h，得到磷酸铁锂。中国专利CN107181015 B公开了一种磷酸铁锂再生利用的方法，先将磷酸铁锂废料与硫酸混合、过滤，得到含Li、Fe、P的滤液，然后根据滤液中的元素含量补加一定量的锂盐和磷盐，进行水热反应，反应完过滤，将过滤产物与碳源混合、分散、烧结制备出磷酸铁锂。上述两个发明公开的废旧电池材料回收利用的方法主要采用焙烧或者酸浸出方法，回收工艺复杂，流程长，设备投入多，且在回收过程中采用不同的酸体系引入杂质，产生新的副产物。因此，有必要探索一种环保、工艺简单、成本低的磷酸盐再生利用的方法。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种更加环保(废料无需焙烧、酸浸出，整个再生过程无废水废酸产生、无需高温高压)、成本低廉、适合于大规模生产的磷酸盐再生利用方法。通过使用磷酸铁锂或者磷酸铁锰锂废料与锂源、铁源和/或锰源、磷源进行混合、烧结后制备出磷酸盐正极材料前驱体，然后接着将锂源、前驱体、碳源进行二次混合、烧结制备出性能优异的再生磷酸盐正极材料。整个制备过程避免了废料预处理，减少了废酸废水的产生，同时通过前期一混一烧工艺，有利于消耗废料中的碳，使得后期二混二烧中的碳包覆更加均匀。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本申请提供了一种废旧磷酸盐正极材料再生利用的方法，包括以下步骤：

(1)将废旧磷酸盐正极材料、锂源、铁源和/或锰源、磷源混合后进行研磨，然后进行干燥，将得到的干燥粉体进行烧结，得到磷酸盐正极材料前驱体；

(2)将磷酸盐正极材料前驱体、锂源、碳源混合后进行研磨，然后进行干燥，将得到的干燥粉体进行烧结，待烧结结束后，将粉体过筛，最终得到再生磷酸盐正极材料。

进一步地，步骤(1)中所述废旧磷酸盐正极材料为磷酸铁锂、磷酸铁锰锂的一种或几种，废旧磷酸盐正极材料中碳的质量分数为1.2-2.5％，废旧磷酸盐正极材料的添加量占磷酸盐正极材料前驱体质量的20-60％，所述磷酸铁锰锂中铁、锰的摩尔比为1:9-9:1。