正极活性材料的再生方法以及通过该方法制备的再生正极活性材料技术

本发明专利技术涉及一种正极活性材料的再生方法以及通过该方法制备的再生正极活性材料。更具体地，本发明专利技术涉及一种正极活性材料的再生方法以及通过该方法制备的再生正极活性材料，该方法包括：步骤A，在空气中在300℃至650℃下对包含集流体和涂覆在其上的正极活性材料层的废正极进行热处理来回收正极活性材料；步骤B，用含有离子固体盐的水洗涤回收的正极活性材料；以及步骤C，将锂前体添加到洗涤的正极活性材料中并且在空气中在400℃至1000℃下进行退火。根据本发明专利技术，本发明专利技术的效果是提供一种正极活性材料的再生方法以及通过该方法制备的具有优异的电化学性能、电阻特性和容量特性的再生正极活性材料，该方法能够通过用含有离子固体盐的水完全去除在热处理步骤之后在再生正极活性材料的表面上产生的残留F成分来大大提高电池的倍率性能；能够通过不使用酸来实现环保，从而通过消除对中和及废水处理工艺的需求来降低工艺成本；能够通过在不分解正极活性材料的情况下使正极活性材料以完整状态再生来防止金属元素的损失；能够在不溶解集流体的情况下回收集流体；能够通过不使用有机溶剂来防止有毒气体的产生或爆炸；并且适于使用诸如热处理或沉淀等易于管理的工艺进行大规模生产。处理或沉淀等易于管理的工艺进行大规模生产。处理或沉淀等易于管理的工艺进行大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正极活性材料的再生方法以及通过该方法制备的再生正极活性材料


[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年10月21日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10
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2021
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0141106的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
[0003]本专利技术涉及一种正极活性材料的再生方法以及通过该方法制备的再生正极活性材料。更具体地，本专利技术涉及一种正极活性材料的再生方法以及通过该方法制备的具有优异的电化学性能、电阻特性和容量特性的再生正极活性材料，该方法能够通过用含有离子固体盐的水完全去除在热处理步骤中在再生正极活性材料的表面上产生的F成分并减少在初始原料上形成的F化合物层的损失来大大提高电池的倍率性能；能够通过不使用酸来实现环保，从而通过消除对中和及废水处理工艺的需求来降低工艺成本；能够通过在不分解正极活性材料的情况下使正极活性材料以完整状态再生来防止金属元素的损失；能够在不溶解集流体的情况下回收集流体；能够通过不使用有机溶剂来防止有毒气体的产生或爆炸；并且适于使用诸如热处理或沉淀等易于管理的工艺来进行大规模生产。

技术介绍

[0004]通常，锂二次电池由以下部件构成：通过用正极活性材料层涂覆诸如铝等金属箔而形成的正极、通过用负极活性材料层涂覆诸如铜等金属箔而形成的负极、用于防止正极和负极混合的隔膜、位于正极和负极之间以允许锂离子流动的电解质，等等。
[0005]在正极活性材料层中，锂基氧化物主要用作活性材料。在负极活性材料层中，碳材料主要用作活性材料。通常，锂基氧化物含有稀有金属，例如钴、镍或锰。因此，正在积极进行关于从使用后被丢弃的锂二次电池正极或制造锂二次电池时产生的正极废料(以下简称“废正极”)中回收并再生稀有金属的研究。
[0006]根据从废正极回收稀有金属的相关技术，在使用盐酸、硫酸或硝酸溶解废正极之后，使用有机溶剂提取钴、锰、镍等，然后将提取的金属用作合成正极活性材料的原料。
[0007]然而，对于使用酸提取稀有金属的方法，由于环境污染的问题，必然需要中和工艺和废水处理工艺，这大大增加了工艺成本。另外，回收高纯度锂(其为正极活性材料的主要金属)的过程并不经济。
[0008]为了克服这些缺点，正在研究从废正极中直接再生正极活性材料而不分解正极活性材料的方法(直接再生方法)。作为这种方法，主要有诸如煅烧、溶剂溶解、铝(Al)箔溶解和粉碎&筛分四种方法。
[0009]煅烧方法是一种简单的工艺，但具有以下缺点：例如在再生的正极活性材料的表面上产生异物(其降低电池的倍率性能)，产生废气，并且能源消耗过度。
[0010]另外，当使用溶剂溶解方法时，可以获得表面相对干净的再生正极活性材料。然而，由于用于溶解粘合剂的溶剂例如N
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甲基
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吡咯烷酮(NMP)是有毒气体并且具有爆炸危险，因此该方法具有较差的稳定性并且需要昂贵的溶剂回收工艺。
[0011]另外，在铝箔溶解方法的情况下，工艺稳定性好，工艺成本低，并且粘合剂容易去除。然而，在再生正极活性材料的表面上会产生难以去除的异物，并且由于在铝箔的去除过程中产生的氢气而存在爆炸的风险。
[0012]另外，在上述方法中，粉碎&筛分方法可以通过最简单的工艺来进行。然而，难以将集流体和正极活性材料完全分离，在粉碎过程中正极活性材料的粒径分布发生变化，并且由于残留的粘合剂，再生正极活性材料的电池特性劣化。
[0013]另一方面，在从废正极中直接再生正极活性材料而不分解正极活性材料的方法(直接再生方法)中使用的水洗涤工艺中，需要过量的洗涤水，并且存在在作为原料的初始正极活性材料上形成的功能性涂层(例如F化合物层)在洗涤过程中损失的问题。该功能性涂层是正极活性材料的长期寿命特性和高电压特性所必需的。
[0014]因此，迫切需要开发一种能够以环境友好的方式和低成本安全地再生具有改进的倍率性能的正极活性材料而不会损失废正极中的金属元素和功能性涂层的方法。

技术实现思路

[0015][技术问题][0016]因此，鉴于上述问题做出了本专利技术，并且本专利技术的一个目的是提供一种正极活性材料的再生方法，该方法能够通过用含有离子固体盐的水完全去除在热处理步骤中在再生正极活性材料的表面上产生的残留F成分并减少在初始原料上形成的功能性涂层(例如F化合物层)的损失来大大提高电池的倍率性能；能够通过不使用酸来实现环保，从而通过消除对中和及废水处理工艺的需求来降低工艺成本；能够通过在不分解正极活性材料的情况下使正极活性材料以完整状态再生来防止金属元素的损失；能够在不溶解集流体的情况下回收集流体；能够通过不使用有机溶剂来防止有毒气体的产生或爆炸；并且适于使用诸如热处理或沉淀等易于管理的工艺来进行大规模生产。
[0017]本专利技术的另一个目的是提供一种具有优异的电化学性能、电阻特性和容量特性的正极活性材料。
[0018]上述和其他目的可以通过下面描述的本专利技术来实现。
[0019][技术方案][0020]根据本专利技术的一个方面，提供了一种正极活性材料的再生方法，该方法包括：步骤A，在空气中在300℃至650℃下对包含集流体和涂覆在其上的正极活性材料层的废正极进行热处理，从而回收正极活性材料；步骤B，用含有离子固体盐的水洗涤回收的正极活性材料；以及步骤C，将锂前体添加到洗涤的正极活性材料中并且在空气中在400℃至1000℃下进行退火。
[0021]步骤A的废正极可以优选为从使用后被丢弃的锂二次电池中分离的正极、在制造锂二次电池的过程中产生的有缺陷的正极片、或对正极片进行冲压而获得正极板时产生的正极废料。
[0022]正极活性材料可以优选包括选自由以下组成的组的一种以上：锂钴氧化物，例如LiCoO2；锂锰氧化物，例如LiMnO2或LiMn2O4；磷酸铁锂化合物，例如LiFePO4；锂镍钴铝氧化物(NCA)；锂镍氧化物，例如LiNiO2；用锰(Mn)取代锂镍氧化物中的一部分镍(Ni)而获得的镍锰基锂复合金属氧化物；以及用锰(Mn)和钴(Co)取代锂镍氧化物中的一部分镍(Ni)而获得
的NCM基锂复合过渡金属氧化物。
[0023]离子固体盐可以优选包括选自由MgSO4、Mg(NO3)2和Ca(NO3)2组成的组的一种以上。
[0024]步骤B中用于洗涤的含有离子固体盐的水的重量可以优选为回收的正极活性材料的重量的1至40倍。
[0025]在步骤B中，含有离子固体盐的水可以优选为通过将离子固体盐溶解在水中而获得的水溶液，或分散有粉末状离子固体盐的水。
[0026]在步骤B中，离子固体盐可以优选与存在于正极活性材料表面上的LiF反应以形成络合物。
[0027]基于1mol的在回收的正极活性材料上产生的LiF，步骤B的离子固体盐可以以优选0.5至2mol的浓度使用。
[0028]基于100重量份的回收的正极活性材料，步骤B的离子固体盐可以以优选1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种正极活性材料的再生方法，其包括：步骤A，在空气中在300℃至650℃下对包含集流体和涂覆在所述集流体上的正极活性材料层的废正极进行热处理，从而回收正极活性材料；步骤B，用含有离子固体盐的水洗涤回收的正极活性材料；以及步骤C，将锂前体添加到洗涤的正极活性材料中并且在空气中在400℃至1000℃下进行退火。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤A的所述废正极是从使用后被丢弃的锂二次电池中分离的正极、在制造锂二次电池的过程中产生的有缺陷的正极片、或对正极片进行冲压而获得正极板时产生的正极废料。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述正极活性材料层包括选自由以下组成的组的一种以上：锂钴氧化物；锂锰氧化物；磷酸铁锂化合物；锂镍钴铝氧化物；锂镍氧化物；用锰(Mn)取代锂镍氧化物中的一部分镍(Ni)而获得的镍锰基锂复合金属氧化物；以及用锰(Mn)和钴(Co)取代锂镍氧化物中的一部分镍(Ni)而获得的NCM基锂复合过渡金属氧化物。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述离子固体盐包括选自由MgSO4、Mg(NO3)2和Ca(NO3)2组成的组的一种以上。5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤B中用于洗涤的含有离子固体盐的水的重量为所述回收的正极活性材料的重量的1至40倍。6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤B中，所述含有离子固体盐的水是通过将离子固体盐溶解在水中而获得的水溶液，或是粉末状离子固体盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政倍，梁斗景，金珉锄，朴世浩，成恩圭，徐镛植，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：