一种锂的层状氧化物正极材料及制备和应用

文档序号:25543053发布日期:2021-06-18 20:39阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种锂的层状氧化物正极材料的制备方法,其特征在于:该方法所用原材料为废旧锂离子电池中分离得到的层状氧化物正极材料,利用具有氧化还原特性的金属盐,通过化学反应,来调整废旧层状氧化物正极材料中金属元素的化合价态和各金属元素比例,调回到初始材料的价态和元素比例或制备锂离子电池的层状氧化物正极材料,即目标正极材料,实现废旧锂离子电池层状氧化物正极材料的再生;所述的具有氧化还原特性的金属盐是目标正极材料中所含金属的硫酸盐、硝酸盐、氯酸盐、乙酸盐中的一种或两种以上;

具体的制备过程包括以下步骤:

步骤(1),将从废旧锂离子电池中回收的层状氧化物正极材料,利用光电子能谱仪xps测定分析其中各金属元素的化合价态,利用元素分析仪icp测定分析其中各金属元素的摩尔比;再根据电池初始层状氧化物正极材料中各元素的摩尔比,以及废旧层状氧化物正极材料的总重,计算出需要补加的金属的种类及其摩尔量;

步骤(2),依据需要补加的金属的摩尔量,计算出具有氧化还原特性的金属盐的添加量;再根据金属盐的添加量引入的阴离子和阳离子计算是否满足回收正极材料中除锂之外其它金属元素的化合价态恢复至目标正极材料中对应所需的氧化还原剂的量;即是否大于等于回收正极材料中除锂之外其它金属元素的化合价态恢复至目标正极材料中对应化合价态的量,若小于则按目标正极材料所有金属的摩尔比例同时补充所有金属的上述具有氧化还原特性的金属盐;引入金属盐的阴离子具有氧化性,而引入金属盐中若金属采用低价金属离子co2+、mn2+、mn3+中的一种或两种以上具有还原性;

步骤(3),将废旧正极材料与补加的金属盐溶液混合均匀,采用一定的合成方法调整废旧正极材料中的各金属元素比例以及各金属元素化合价态,得到初步正极材料ⅰ;

步骤(4),将初步正极材料ⅰ与锂盐按照一定的比例li/m(li为锂盐中的锂,m为初步正极材料ⅰ中除锂之外的其余金属)混合均匀,在空气和/或氧气条件下进行分段高温焙烧得到再生的正极材料,锂盐是为了补充高温焙烧过程中锂的损失。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(3)中所述的合成方法可以是溶剂热法或喷雾热解法或气相沉积法中的一种或两种联合应用或三种联合应用;

所述溶剂热法,反应温度100-300℃,优选150-200℃;反应时间2-48h,优选5-12h;

所述喷雾热解法,热解温度300-900℃,优选400-600℃;反应时间2-48h,优选2-10h;

所述气相沉积法,反应温度300-900℃,优选300-600℃;反应时间0.1-12h,优选1-5h。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(3)中所述的金属盐的溶液浓度为0.01-10mol/l,优选0.02-5mol/l。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:其中步骤(4)中所述的锂盐可以是氢氧化锂或碳酸锂或硝酸锂或乙酸锂或草酸锂中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:其中步骤(4)中所述的li/m为0.1%-30%优选1%-10%。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:其中步骤(4)中所述的分段高温焙烧,先在300-600℃保温2-8h,然后升温至700-950℃保温6-24h;优选400-550℃保温3-6h,700-900℃保温10-18h。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,

所述的初始材料是指废旧锂离子电池在制备时采用的层状氧化物正极材料;

制备时采用的层状氧化物正极材料或制备锂离子电池的层状氧化物正极材料(即目标正极材料)包括下述中的任一一种或二种以上

一元层状材料licoo2,linio2,limno2中的一种或二种以上;

二元层状材料linixco1-xo2(其中0<x<1),linixmn1-xo2,(其中0<x<1),licoxmn1-xo2,(其中0<x<1)中的一种或二种以上;

三元层状材料linixcoymzo2(其中0<x<1,0<y<1,0<z<1,x+y+z=1,m可以为mn或al);

掺杂修饰的三元材料linixcoymnzm1-x-y-zo2,(其中x+y+z<1,0<x<1,0<y<1,0<z<1,m可以是na、al、mg、cr、zr、ti、fe、zn、la、mo中的一种或两种以上);

富锂锰基材料xli2mno3·(1-x)limo2,(其中0<x<1,m为ni、co、mn中的一种或两种以上)。

8.一种权利要求1-7任一所述方法制备获得的再生正极材料。

9.一种权利要求8所述的正极材料的应用,其特征在于,再生层状氧化物材料作为正极材料应用于锂离子电池中。

10.根据权利要求9所述的正极材料的应用,其特征在于,再生正极材料比容量不低于初始材料的80%。


技术总结
本发明公开了一种制备锂的层状氧化物正极材料的方法,属于资源循环利用领域。该方法所用原材料为废旧锂离子电池层状氧化物正极材料,其特征在于,包括以下步骤:首先使用ICP、XPS分析废旧层状氧化物正极材料中金属元素价态以及各金属元素比例,利用具有氧化还原特性的金属盐,通过一定的反应,来调整废旧层状氧化物正极材料中金属元素的价态和各金属元素的比例,实现正极材料的再生。本发明直接利用从废旧锂离子电池中分离得到的废旧层状氧化物正极材料再生制备了可实际应用的层状氧化物正极材料,本发明具有工艺简单、环境友好等优势。

技术研发人员:陈剑;郝亚新
受保护的技术使用者:中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日:2019.12.12
技术公布日:2021.06.18
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