废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法

    技术2025-07-28  13


    本发明属于电池材料回收,具体涉及废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法。


    背景技术:

    1、随着全球能源消费逐步从传统的化石能源转向其他清洁高效的能源,锂离子电池因其较高的能量密度被广泛应用于电动汽车及储能领域。由于锂离子动力电池复杂的结构,回收的高成本,工艺的不完善,回收利用一直处于低迷状态。

    2、目前锂电三元正极材料的回收主要通过与硫酸盐混合焙烧,水浸出得到金属渣后,添加无机酸将其溶解,加入酸碱调节ph,对其进行除杂后得到硫酸镍、硫酸锰和硫酸钴等溶液,进而合成三元前驱体。 但是目前这种方法在浸出过程中需要使用大量的无机酸,引入过量酸根离子对于后续的除杂造成了困难,同时没有对锂离子进行回收利用,造成了锂离子的浪费并增加了后续废水的处理难度。因此,如何高效回收锂电三元正极材料是本领域技术人员面临的一大挑战。

    3、cn111206148a公开了一种利用废旧三元锂电池回收制备三元正极材料的方法,通过混合三元和硫酸盐萃取得到硫酸锰、硫酸镍等材料。然而过量的硫酸根在锂离子电池制备过程中,尤其是高温状态下,硫酸根会产生气体,易在基体上形成气孔或开裂等问题,影响电池性能。

    4、cn115305354a报道了一种从废旧三元锂电池回收贵金属镍钴锰锂的方法,通过将三元正极材料破碎酸浸后进行萃取逐步得到金属元素镍、钴和锰等元素。但是萃取剂价格昂贵,项目造价成本高,且萃取剂容易自分解,影响萃取效率的同时,给生产带来较大不确定性,萃取电解工艺还带来较多的废水,给金属回收项目带来较大废水处理成本。


    技术实现思路

    1、针对上述技术问题,本申请提供一种废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法。

    2、为实现上述目的,本申请提出如下技术方案:

    3、废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法,包括:

    4、将废旧锂电三元正极材料加入水中,在水热釜中进行低温水热处理,经固液分离,得到固体;

    5、将固体与钠源混合,在真空或保护气氛下进行研磨,再进行一次烧结得到块状材料;

    6、将块状材料进行水洗、固液分离和干燥,经二次烧结,得到钠电层状氧化物材料。

    7、进一步地,所述低温水热处理的温度为80~160℃;所述低温水热处理的时间为6~24h。

    8、进一步地,所述低温水热处理的温度为80~140℃;所述低温水热处理的时间为6~24h。

    9、进一步地,所述废旧锂电三元正极材料的化学式为linixcoymn1-x-yo2,其中0.6≤x<1,0.01≤y≤0.3。

    10、进一步地,所述固体中的过渡金属总摩尔量与钠源中的钠的摩尔量的比例为1:5~15。

    11、进一步地,所述钠源为钠的乙酸盐及其水合物、硝酸盐及其水合物、碳酸盐和氢氧化物中的一种或多种。

    12、进一步地,所述一次烧结的温度为260~450℃;所述一次烧结的时间为1~15h。

    13、进一步地,所述二次烧结的温度为700~1000℃;所述二次烧结的时间为2~12h。

    14、进一步地,所述钠电层状氧化物材料的化学式为nazlianixcoymn1-x-yo2,其中0.66<z≤0.97,0.03<a≤0.33,0.6≤x<1,0.01≤y≤0.3。

    15、进一步地,所述混合为研磨混合;所述研磨混合为机械研磨或手动研磨。

    16、进一步地,所述手动研磨的时间为0.5~2h。

    17、进一步地,所述机械研磨为加入分散剂后研磨0.5~2h。

    18、进一步地,所述固液分离为离心分离;所述干燥为烘干。

    19、与现有技术相比,上述技术方案之一或多个技术方案能达到至少以下有益效果之一:

    20、(1)以废旧锂电三元正极材料为原料,经低温水热处理后,与钠源混合进行一次烧结和二次烧结制备钠电层状氧化物正极材料,成功实现了废旧锂电三元正极材料的再生利用。且制备的钠电层状氧化物材料结构优异、具有高结构稳定性和循环稳定性,提升了电池的长循环稳定性。

    21、(2)本发明的处理方法成本低廉,易于大规模利用。



    技术特征:

    1.废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法,其特征在于,包括:

    2.如权利要求1所述的废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法,其特征在于,所述低温水热处理的温度为80~160℃,所述低温水热处理的时间为6~24h。

    3.如权利要求2所述的废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法,其特征在于,所述低温水热处理的温度为80~140℃,所述低温水热处理的时间为6~24h。

    4.如权利要求1所述的废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法,其特征在于,所述废旧锂电三元正极材料的化学式为linixcoymn1-x-yo2,其中0.6≤x<1,0.01≤y≤0.3。

    5.如权利要求1所述的废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法,其特征在于,所述固体中的过渡金属总摩尔量与钠源中的钠的摩尔量的比例为1:5~15;所述钠源为钠的乙酸盐及其水合物、硝酸盐及其水合物、碳酸盐和氢氧化物中的一种或多种。

    6.如权利要求1所述的废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法,其特征在于,所述一次烧结的温度为260~450℃;所述一次烧结的时间为1~15h。

    7.如权利要求1所述的废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法,其特征在于,所述二次烧结的温度为700~1000℃;所述二次烧结的时间为2~12h。

    8.如权利要求1所述的废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法,其特征在于,所述钠电层状氧化物材料的化学式为nazlianixcoymn1-x-yo2,其中0.66<z≤0.97,0.03<a≤0.33,0.6≤x<1,0.01≤y≤0.3。

    9.如权利要求1所述的废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法,其特征在于,所述混合为研磨混合;所述研磨混合为机械研磨或手动研磨;所述手动研磨的时间为0.5~2h;所述机械研磨为加入分散剂后研磨0.5~2h。

    10.如权利要求1所述的废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法,其特征在于,所述固液分离为离心分离;所述干燥为烘干。


    技术总结
    本发明提供废旧锂电三元正极材料再生为钠电三元正极材料的方法,包括:将废旧锂电三元正极材料加入水中,在水热釜中进行低温水热处理,经固液分离,得到固体;将固体与钠源混合,在真空或保护气氛下进行研磨,再进行一次烧结得到块状材料;将块状材料进行水洗、固液分离和干燥,经二次烧结,得到钠电层状氧化物材料。该方法成功实现了废旧锂电三元正极材料的再生利用,且制备的钠电层状氧化物材料结构优异、具有高结构稳定性和循环稳定性,提升了电池的长循环稳定性;且该处理方法成本低廉,易于大规模利用。

    技术研发人员:郑俊超,陈雨菁,黄英德,张霞辉,李沛垚,杨培
    受保护的技术使用者:中南大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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