基于水热反应修复废旧磷酸铁锂正极材料及其性能改善研究

近年来，磷酸铁锂电池在电动汽车、电网储能装置等领域的应用得到了快速发展。然而，磷酸铁锂电池经过几千次充放电循环之后，由于正极材料失活等原因终将报废。因此,不久将会产生大量的废旧LiFePO4正极材料。此前专利报道的回收方法是先通过酸溶、沉淀等分离提纯工艺将其资源化，再通过添加铁、锂、磷等原料，经球磨后在惰性气氛中固相煅烧得到新的LiFePO4正极材料。申请者基于对LiFePO4电池正极材料失效机理分析和本课题组前期实验结果，提出采用水热反应补锂实现对废旧LiFePO4正极材料的修复，并结合后续包敷碳及掺杂金属离子等改性措施改善材料的相关性能，旨在将其重新用作锂离子电池的正极材料。从而不仅可以解决废旧磷酸铁锂电池造成的环境污染和资源浪费问题，而且可以节约LiFePO4正极材料的生产成本，实现材尽其用、变废为宝。该项研究工作将为废旧LiFePO4正极材料的回收利用提供新的途径和实验依据。

随着磷酸铁锂动力电池在电动汽车、储能设备等领域大规模应用，废旧LiFePO4电池回收处理成为迫切需要解决的问题。本课题以废旧锂离子电池LiFePO4正极材料为研究对象，探索有效的回收处理方法与技术，以提升所回收再生材料的电化学性能为目的，开展了废旧磷酸铁锂电极材料的回收与修复再生研究工作。此外，还拓展了研究内容，开展了包括高性能锂离子电池电极材料、超级电容器电极材料制备及电化学性能研究，纳米结构催化剂制备及催化性能研究等工作，出色地完成了基金任务书的研究计划，并取得了多项研究成果。相继在AIChE J.、Ind. Eng. Chem. Res.、J. Power Sources、Electrochim. Acta和硅酸盐学报等刊物上发表论文44篇，其中，SCI收录36篇、EI收录42篇。有两篇论文分别获得安徽省自然科学优秀学术论文一等奖，有两篇论文曾入选ESI高被引论文。申请国家发明专利6项，其中，获授权国家发明专利3项。.主要研究内容包括以下几方面：.1、基于磷酸铁锂电池的失效机理和充放电特性，先后提出采用水热或溶剂热补锂方法、电化学充放电补锂方法、固相研磨煅烧补锂方法来修复再生回收得到的贫锂态LiFePO4正极材料，取得较好的效果。相关成果已发表论文，并获得国家授权发明专利。.2、以回收的LiFePO4正极材料为原料，设计新颖的酸浸-回流工艺分别回收得到FePO4•2H2O和LiH2PO4。以回收得到的微米花状FePO4•2H2O为前驱体，通过与一定量的碳酸锂和葡萄糖研磨混合，经高温煅烧处理得到了性能优异的微米花状LiFePO4/C正极材料，可以满足动力型锂离子电池正极材料的要求，从而实现了LiFePO4正极材料循环再利用。.3、设计溶剂热反应分别合成了由纳米片组装的微纳多级结构磷酸铁锂、纳米棒状磷酸铁锂以及石墨烯修饰的磷酸钒锂等锂离子电池电极材料，通过调控电极材料的形貌、微结构以及开展表面修饰与掺杂改性，从电化学反应动力学和热力学两方面分别提高材料的倍率性能和循环性能。.4、基于铜集流体基底设计制备了CuO微纳多级结构阵列薄膜、CuO/Cu2-xSe空心纳米管阵列薄膜，以所制备的阵列薄膜直接作为锂离子电池电极表现出了优异的电化学性能。