CN105375081B - 一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法 - Google Patents

一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，首先采用机械分离的方法对使用失效的锂离子电池进行机械分离获得钴酸锂废料，把钴酸锂废料置于氢氧化锂溶液中，然后采用高压脉冲液相放电的方法使得钴酸锂材料实现电化学性能修复，工艺过程简易，能耗低，环境影响小，经过放电处理修复后的钴酸锂材料电化学性能良好，并能作为锂离子电池的正极活性材料重新回用。

Description

一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的 方法
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法。
背景技术
锂离子电池有着电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好、自放电小、可快速充放电、工作温度范围广、相对绿色环保等显著优点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等电子产品领域，并有望在电动汽车、航天和储能等方面得到广泛应用。目前在便携式电子产品使用的锂离子电池中，钴酸锂是已经大规模商业应用的主要正极活性材料。随着锂离子电池的使用报废，势必产生大量的废旧锂离子电池。废旧锂电池的综合回收处理具有较大的经济和环保价值。钴酸锂材料中的钴、锂金属均是宝贵的资源，尤其金属钴更是国际公认的战略物资。同时，由于使用废弃的手机锂离子电池含有钴重金属，如任意堆放、填埋，或处置不当必然引起严重的环境污染，危害人类健康。
钴酸锂废料的回收处理是目前被广泛采用的环保方法,且回收钴酸锂废料再利用技术也已经相对成熟。废旧锂电池的综合回收处理的重点与难点是针对正极材料中高附加值的钴和锂处理研究，主要有湿法冶金、火法分离和机械物理法等方案。从钴酸锂在锂电池产业中的循环利用来看，当其失效后，对钴酸锂废料进行分离与精制，然后再回用于锂电池正极的制备，整个过程环节多，且涉及到钴和锂产品形态的多次转化，总体工艺复杂且耗能较高。对于电化学性能失效的钴酸锂正极材料进行直接再生利用，符合节能环保的要求。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，工艺过程简易，能耗低，环境影响小，经过放电处理修复后的钴酸锂材料电化学性能良好，并能作为锂离子电池的正极活性材料重新回用。
本发明提出的一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，首先采用机械分离的方法对使用失效的锂离子电池进行机械分离获得钴酸锂废料，把钴酸锂废料置于氢氧化锂溶液中，然后采用高压脉冲液相放电的方法使得钴酸锂材料实现电化学性能修复。
本发明提出的一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，具体包括如下步骤：
S1、将使用失效的锂离子电池机械拆分，获得正极材料中的钴酸锂废料；
S2、将S1得到的钴酸锂废料置于氢氧化锂溶液反应器中，反应器内置高压脉冲液相放电使用的两个电极，并安装微孔曝气装置；
S3、打开电源启动鼓风机，鼓风机通过4-6个通气针孔将空气注入反应器，调整适当气体流量稳定1-3min；
S4、打开电源启动高压脉冲液相放电装置，把220V交流电经过变压器升压，并通过整流、限流，为脉冲形成电容充电，最后通过火花隙将脉冲形成电容的脉冲高压导入反应器，脉冲放电20-60min后，自然冷却；
S5、待反应器冷却到室温时，把氢氧化锂溶液中钴酸锂材料经过滤，并使用去离子水洗涤2-4次；
S6、将过滤获得的钴酸锂材料，在50-80℃环境中干燥5-10h，回收获得可用于锂电池正极的钴酸锂材料。
优选地，S2中，两个电极分别为不锈钢板电极和五针式电极。
优选地，S2中，氢氧化锂溶液的物质的量浓度为0.1-0.2mol/L。
优选地，S3中，打开电源启动鼓风机，鼓风机通过5个通气针孔将空气注入反应器，调整适当气体流量稳定2min。
优选地，S4中，变压器的电压为0-50kV。
优选地，S4中，脉冲的频率为0-200Hz。
本发明使用再生钴酸锂制备扣式电池并经电化学性能测试，钴酸锂材料的首次放电容量达到126.7mAhg-1，经过50次充放电循环容量减少为97.24％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
本发明提出的一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，首先采用机械分离的方法对使用失效的锂离子电池进行机械分离获得钴酸锂废料，把钴酸锂废料置于氢氧化锂溶液中，然后采用高压脉冲液相放电的方法使得钴酸锂材料实现电化学性能修复。
本发明提出的一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，具体包括如下步骤：
S1、将使用失效的锂离子电池机械拆分，获得正极材料中的钴酸锂废料；
S2、将S1得到的钴酸锂废料置于氢氧化锂溶液反应器中，反应器内置高压脉冲液相放电使用的两个电极，并安装微孔曝气装置；
S3、打开电源启动鼓风机，鼓风机通过4-6个通气针孔将空气注入反应器，调整适当气体流量稳定1-3min；
S4、打开电源启动高压脉冲液相放电装置，把220V交流电经过变压器升压，并通过整流、限流，为脉冲形成电容充电，最后通过火花隙将脉冲形成电容的脉冲高压导入反应器，脉冲放电20-60min后，自然冷却；
S5、待反应器冷却到室温时，把氢氧化锂溶液中钴酸锂材料经过滤，并使用去离子水洗涤2-4次；
S6、将过滤获得的钴酸锂材料，在50-80℃环境中干燥5-10h，回收获得可用于锂电池正极的钴酸锂材料。
实施例1
本发明提出的一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，包括如下步骤：
S1、将使用失效锂离子手机电池机械拆分，获得正极材料中的钴酸锂废料；
S2、将钴酸锂废料放置于0.1M氢氧化锂溶液反应器中，反应器安置高压脉冲液相放电的两个电极(分别为不锈钢板电极和五针式电极)，并安装五针曝气装置，两电极均浸没于液面之下；
S3、打开电源启动鼓风机，鼓风机通过5个通气针孔将空气注入反应器，调整适当气体流量稳定2min；
S4、打开电源启动高压脉冲液相放电装置，把220V交流电经过变压器25kV升压，并通过整流、限流，为脉冲形成电容充电，最后通过火花隙将脉冲形成电容的脉冲高压导入反应器，脉冲放电45min后，自然冷却，其中，脉冲的频率100Hz；
S5、待反应器冷却到室温时，把氢氧化锂溶液中钴酸锂材料经过滤，并使用去离子水洗涤3次；
S6、将过滤获得的钴酸锂材料，在65℃环境中干燥7.5小时，回收获得可回用于锂电池正极的钴酸锂材料。
制作扣式电池的充放电实验结果表明：钴酸锂材料的首次放电容量达到121.5mAhg-1，经过50次充放电循环容量减少为95.7％。
实施例2
本发明提出的一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，包括如下步骤：
S1、将使用失效锂离子手机电池机械拆分，获得正极材料中的钴酸锂废料；
S2、将钴酸锂废料放置于0.2M氢氧化锂溶液反应器中，反应器安置高压脉冲液相放电的两个电极(分别为不锈钢板电极和五针式电极)，并安装五针曝气装置，两电极均浸没于液面之下；
S3、打开电源启动鼓风机，鼓风机通过5个通气针孔将空气注入反应器，调整适当气体流量稳定2min；
S4、打开电源启动高压脉冲液相放电装置，把220V交流电经过变压器50kV升压，并通过整流、限流，为脉冲形成电容充电，最后通过火花隙将脉冲形成电容的脉冲高压导入反应器，脉冲放电30min后，自然冷却，其中，脉冲频率为180Hz；
S5、待反应器冷却到室温时，把氢氧化锂溶液中钴酸锂材料经过滤，并使用去离子水洗涤3次；
S6、将过滤获得的钴酸锂材料，在50℃环境中干燥10小时，回收获得可回用于锂电池正极的钴酸锂材料。
制作扣式电池的充放电实验结果表明：钴酸锂材料的首次放电容量达到126.7mAhg-1，经过50次充放电循环容量减少为97.24％。
实施例3
本发明提出的一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，包括如下步骤：
S1、将使用失效的锂离子电池机械拆分，获得正极材料中的钴酸锂废料；
S2、将S1得到的钴酸锂废料置于0.3M氢氧化锂溶液反应器中，反应器内置高压脉冲液相放电使用的两个电极，并安装微孔曝气装置；
S3、打开电源启动鼓风机，鼓风机通过6个通气针孔将空气注入反应器，调整适当气体流量稳定1min；
S4、打开电源启动高压脉冲液相放电装置，把220V交流电经过变压器45kv升压，并通过整流、限流，为脉冲形成电容充电，最后通过火花隙将脉冲形成电容的脉冲高压导入反应器，脉冲放电60min后，自然冷却，其中脉冲的频率为180Hz；
S5、待反应器冷却到室温时，把氢氧化锂溶液中钴酸锂材料经过滤，并使用去离子水洗涤2次；
S6、将过滤获得的钴酸锂材料，在80℃环境中干燥5h，回收获得可用于锂电池正极的钴酸锂材料。
制作扣式电池的充放电实验结果表明：钴酸锂材料的首次放电容量达到123.8mAhg-1，经过50次充放电循环容量减少为93.5％。
实施例4
本发明提出的一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，包括如下步骤：
S1、将使用失效的锂离子电池机械拆分，获得正极材料中的钴酸锂废料；
S2、将S1得到的钴酸锂废料置于0.15M氢氧化锂溶液反应器中，反应器内置高压脉冲液相放电使用的两个电极，并安装微孔曝气装置；
S3、打开电源启动鼓风机，鼓风机通过4个通气针孔将空气注入反应器，调整适当气体流量稳定3min；
S4、打开电源启动高压脉冲液相放电装置，把220V交流电经过变压器45kv升压，并通过整流、限流，为脉冲形成电容充电，最后通过火花隙将脉冲形成电容的脉冲高压导入反应器，脉冲放电30min后，自然冷却，其中，脉冲的频率为150Hz；
S5、待反应器冷却到室温时，把氢氧化锂溶液中钴酸锂材料经过滤，并使用去离子水洗涤3次；
S6、将过滤获得的钴酸锂材料，在60℃环境中干燥9h，回收获得可用于锂电池正极的钴酸锂材料。
制作扣式电池的充放电实验结果表明：钴酸锂材料的首次放电容量达到126.9mAhg-1，经过50次充放电循环容量减少为92.4％。
实施例5
本发明提出的一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，包括如下步骤：
S1、将使用失效的锂离子电池机械拆分，获得正极材料中的钴酸锂废料；
S2、将S1得到的钴酸锂废料置于0.25M氢氧化锂溶液反应器中，反应器内置高压脉冲液相放电使用的两个电极，并安装微孔曝气装置；
S3、打开电源启动鼓风机，鼓风机通过6个通气针孔将空气注入反应器，调整适当气体流量稳定3min；
S4、打开电源启动高压脉冲液相放电装置，把220V交流电经过变压器35kv升压，并通过整流、限流，为脉冲形成电容充电，最后通过火花隙将脉冲形成电容的脉冲高压导入反应器，脉冲放电45min后，自然冷却，其中，脉冲的频率为130Hz；
S5、待反应器冷却到室温时，把氢氧化锂溶液中钴酸锂材料经过滤，并使用去离子水洗涤3次；
S6、将过滤获得的钴酸锂材料，在60℃环境中干燥8h，回收获得可用于锂电池正极的钴酸锂材料。
制作扣式电池的充放电实验结果表明：钴酸锂材料的首次放电容量达到126.3mAhg-1，经过50次充放电循环容量减少为92.4％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，其特征在于，首先采用机械分离的方法对使用失效的锂离子电池进行机械分离获得钴酸锂废料，把钴酸锂废料置于氢氧化锂溶液中，然后采用高压脉冲液相放电的方法使得钴酸锂材料实现电化学性能修复；
所述失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法具体包括如下步骤：
S1、将使用失效的锂离子电池机械拆分，获得正极材料中的钴酸锂废料；
S2、将S1得到的钴酸锂废料置于氢氧化锂溶液反应器中，反应器内置高压脉冲液相放电使用的两个电极，并安装微孔曝气装置；
S3、打开电源启动鼓风机，鼓风机通过4-6个通气针孔将空气注入反应器，调整适当气体流量稳定1-3min；
S4、打开电源启动高压脉冲液相放电装置，把220V交流电经过变压器升压，并通过整流、限流，为脉冲形成电容充电，最后通过火花隙将脉冲形成电容的脉冲高压导入反应器，脉冲放电20-60min后，自然冷却；
S5、待反应器冷却到室温时，把氢氧化锂溶液中钴酸锂材料经过滤，并使用去离子水洗涤2-4次；
S6、将过滤获得的钴酸锂材料，在50-80℃环境中干燥5-10h，回收获得可用于锂电池正极的钴酸锂材料。
2.根据权利要求1所述的失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，其特征在于，S2中，两个电极分别为不锈钢板电极和五针式电极。
3.根据权利要求1或2所述的失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，其特征在于，S2中，氢氧化锂溶液的物质的量浓度为0.1-0.2mol/L。
4.根据权利要求1或2所述的失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，其特征在于，S3中，打开电源启动鼓风机，鼓风机通过5个通气针孔将空气注入反应器，调整适当气体流量稳定2min。
5.根据权利要求3所述的失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，其特征在于，S3中，打开电源启动鼓风机，鼓风机通过5个通气针孔将空气注入反应器，调整适当气体流量稳定2min。
6.根据权利要求1或2所述的失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，其特征在于，S4中，变压器的电压为25-50kV。
7.根据权利要求3所述的失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，其特征在于，S4中，变压器的电压为25-50kV。
8.根据权利要求4所述的失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，其特征在于，S4中，变压器的电压为25-50kV。
9.根据权利要求1或2所述的失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，其特征在于，S4中，脉冲的频率为100-200Hz。
10.根据权利要求3所述的失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，其特征在于，S4中，脉冲的频率为100-200Hz。
11.根据权利要求4所述的失效锂电池中的钴酸锂材料高压脉冲液相放电修复的方法，其特征在于，S4中，脉冲的频率为100-200Hz。
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