[发明专利]一种深共晶补锂剂及其修复再生废弃锂离子电池正极材料的方法

说明书

本发明属于废弃锂离子动力电池回收综合利用技术领域，公开了一种深共晶补锂剂及其修复再生废弃锂离子电池正极材料的方法，其中，深共晶补锂剂是以固态的还原性有机酸作为氢键供体，固态的锂源作为氢键受体，通过将氢键供体与氢键受体混合进行反应，得到的深共晶熔融态体系。并且，该深共晶补锂剂能够用于修复再生废弃锂离子电池正极材料。本发明通过利用固态的还原性酸和固态的锂源制备出液态的深共晶补锂剂，绿色友好、无需严格控制补锂量即可实现自限制补锂，补锂过程能耗低，可极大程度地降低成本，可用于修复再生废弃锂离子电池正极材料。

技术领域

本发明属于废弃锂离子动力电池回收综合利用技术领域，更具体地，涉及一种深共晶补锂剂及其修复再生废弃锂离子电池正极材料的方法，能够实现废弃锂离子电池正极材料的补锂修复再生。

背景技术

我国新能源汽车产业已经迈入快车道，近5年我国新能源汽车产销量跃居世界第一。锂离子电池作为新能源汽车最为核心的动力系统，其使用寿命通常为3～5年，预计到2030年，退役的锂离子电池量将达到130万吨，以磷酸铁锂电池为例，磷酸铁锂电池占总退役量的60％以上，其他类型的锂离子电池(如，三元锂电池、钴酸锂电池)，它们的占比也不容忽视。大量废旧电池若得不到安全处理，不仅会对环境和公共安全产生巨大的危害，也会造成资源的浪费。

目前，国内外对锂离子电池电极材料资源化回收利用的技术路线主要分为两类：一是通过破坏正极结构进行有价金属的回收，即通过高温或者强酸破坏正极结构，实现金属的分离和浸取；二是直接修复再生，即通过修复改性手段实现材料的直接再生。前者通常是火法和湿法冶金过程的有效结合，并实现了对Co、Ni、Li的商业化回收，这些过程通常包括拆解、冶炼、酸浸、化学沉淀、萃取分离等，最后再以化合物的形式回收有价金属并作为前驱体用来生产新的正极材料。这一过程操作简单，但是回收成本高，需要高温处理和大量化学试剂，从而带来温室效应和二次污染。相对于破坏性的回收，直接修复再生废弃正极材料的方法所需能耗更少，不需用强酸强碱进行结构破坏处理，通过添加一定量的缺失元素使正极材料的结构得以恢复，此过程流程短、污染小，可以带来更高的环境和经济效益。

以磷酸铁锂电池为例，磷酸铁锂电池在充放电过程中，锂离子不断的嵌入和脱出，正极材料的结构会出现一定程度的改变，由于部分锂离子不能回到材料原有的结构位置，导致正极材料Li缺失和容量下降。其中，Li的空位缺陷、Fe的反位缺陷是磷酸铁锂性能衰减的主要原因。Li的空缺不仅导致了Fe²⁺氧化为Fe³⁺，还导致了部分Fe²⁺向Li的空位迁移，形成反位缺陷，阻碍了Li⁺的正常迁移。直接修复再生法通常是向废弃磷酸铁锂正极材料中添加Li源以补充缺失的锂量，通过高温煅烧的方法进行结构修复。它们往往是采用直接高温煅烧处理，高温煅烧不仅能耗大，由于固相反应不均一且程度低，还需要预先通过ICP-OES等仪器检测材料所缺失的锂量，从而严格计算并控制锂源的含量，增加了再生成本，过量的锂源也会导致再生的晶粒结构粗糙，材料电性能下降。在进行碳包覆材料改性的同时，对反应温度要求较高，石墨化程度低，导致热稳定性和化学稳定性较差的问题，也使得回收过程繁琐、物料可利用性低。相似的情况也发生在废弃三元锂电池或废弃钴酸锂电池中。

因此，亟需开发一种新型的废弃锂离子电池正极材料再生技术，实现废弃磷酸铁锂等电池正极材料的闭环再生。

发明内容

针对现有技术中难以控制补锂量、回收成本高、回收材料电性能差的缺陷及改进需求，本发明的目的在于提供一种深共晶补锂剂及其修复再生废弃锂离子电池正极材料的方法，通过利用固态的还原性酸和固态的锂源制备出液态的深共晶补锂剂，该深共晶补锂剂绿色友好、无需严格控制补锂量即可实现自限制补锂，补锂过程能耗低，可极大程度地降低成本，可用于修复再生废弃锂离子电池正极材料；以废弃磷酸铁锂电池为例，补锂修复再生的磷酸铁锂正极材料具有稳定的循环性能和较高的比容量，可再次用于构建磷酸铁锂电池，可实现废弃磷酸铁锂电池正极材料的闭环再生。