一种电池级磷酸锂制备方法技术

一种电池级磷酸锂制备方法，包括如下步骤：A、预处理：将粗制磷酸锂通过熟化处理得到粗制磷酸锂熟料，将粗制磷酸锂熟料进行粉碎处理；B、初步除杂：将步骤A得到的粗制磷酸锂熟料用酸溶解后用碱调节pH值至4～7，加热后过滤，取滤液；C、二次除杂：将步骤B得到的滤液通过树脂交换除杂而得到磷酸锂粗液；D、锂磷比调节：往磷酸锂粗液中加入磷酸进行调节，得到锂磷比为n(Li):n(P)＝2.95～3.05:1的磷酸锂混合液；E、沉淀反应：往磷酸锂混合液中加入沉淀剂进行沉淀反应，反应完成后离心得到磷酸锂湿料，将磷酸锂湿料洗涤、干燥后得到电池级磷酸锂；本发明专利技术得到的电池级磷酸锂中锂元素纯度大于99.7％，锂元素的一次回收率大于95％。

【技术实现步骤摘要】
一种电池级磷酸锂制备方法
本专利技术涉及电池级磷酸锂制备
，具体涉及一种电池级磷酸锂制备方法。
技术介绍
随着我国新能源汽车的产量和保有量不断攀升，锂离子电池得到广泛的应用，然而锂离子电池寿命有限，广泛的应用必然导致大量的报废，有研究表示，预计到2021年，全球锂离子电池报废量可达到32.2GWh，约50万吨，其中我国累计锂离子电池报废量为15～20万吨，这些报废的电池主要以镍钴锰三元电池为主，目前三元废旧电池的回收工作主要是针对金属镍钴的回收，而三元正极材料中含有大量的锂元素形成的粗制磷酸锂因没有得到充分有效的回收而被大量浪费。此外，随着国内盐湖提锂的规模逐渐扩大，盐湖产的粗制磷酸锂数量呈爆发式增长，但是由于盐湖产的粗制磷酸锂中含有较高的钠离子、硼离子和镁离子，因此逐渐增加的粗制磷酸锂缺乏合适的下游用途，无法正常使用到新能源领域中。因此，本专利技术旨在开发一种以三元电池正极材料中的粗制磷酸锂以及盐湖粗制磷酸锂为原料制备电池级磷酸锂的方法，现有技术中相关技术研发极少。专利号为CN102881900A的中国专利公开了一种电池级磷酸锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：将锂源和磷源加入到去离子水中进行充分混合研磨2～8小时，所述锂源和磷源的摩尔比为(0.97～1.03)∶(0.97～1.03)；然后进行喷雾干燥得到球形磷酸锂复合物前驱物；接着将球形磷酸锂复合物前驱物在空气或氧气气氛下进行高温烧结，烧结温度为500～700℃，烧结4～16小时后得到电池级磷酸锂复合材料；所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂中的一种或几种；所述磷源为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵中的一种或几种。该制备方法反应条件温和、无废液污染，然而其原料为电池级碳酸锂或者高纯氢氧化锂，高温烧结时间长，成本相对较高，经济性较差，实际应用和推广价值不高。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种操作性强、易于工业化生产且锂元素回收率高、经济效益好的电池级磷酸锂制备方法，进而解决上述
技术介绍
中的问题。本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种电池级磷酸锂制备方法，包括如下步骤：A、预处理：将粗制磷酸锂通过熟化处理得到粗制磷酸锂熟料，将粗制磷酸锂熟料进行粉碎处理；B、初步除杂：将步骤A得到的粗制磷酸锂熟料用酸溶解后用碱调节pH值至4～7，加热后过滤，取滤液；C、二次除杂：将步骤B得到的滤液通过树脂交换除杂而得到磷酸锂粗液；D、锂磷比调节：往磷酸锂粗液中加入磷酸进行调节，得到锂磷比为n(Li):n(P)＝2.95～3.05:1的磷酸锂混合液；使最终产品严格符合锂磷比的要求；E、沉淀反应：往磷酸锂混合液中加入沉淀剂进行沉淀反应，反应完成后离心得到磷酸锂湿，将磷酸锂湿料洗涤、干燥后得到电池级磷酸锂；所述沉淀剂由碳酸氢铵、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或几种配置而成。进一步地，步骤A中，熟化处理在微波炉内进行，在30～60min内升温至200～600℃并维持30～60min，该步骤用以去除粗制磷酸锂中的有机物和碳杂质。微波炉的功率为600～1000kw。进一步地，步骤A中，粗制磷酸锂熟料粉碎后过150～200目筛，并用除铁器去除磁性物质。进一步地，步骤B中，所述酸溶液为工业浓盐酸或者工业浓硫酸，溶解后的溶液中锂浓度控制范围为25～40g/L，该步骤极为重要，浓度过低导致生产效率低下，浓度过高会存在析出盐分的现象。进一步地，步骤B中，所述碱为片碱、液碱、氢氧化锂中的一种，加热至60～80℃后保温1-2h再过滤。进一步地，步骤C中，所述树脂交换除杂为三级交换除杂，方法为将所述滤液以2BV～4BV的流量依次经过第一级树脂、第二级树脂和第三级树脂，所述第一级树脂为亚氨基二乙酸基树脂，用以交换滤液中的镍、钴、锰、铅、铜等二价金属离子，第二级树脂为胺聚羟基树脂或强碱性阴离子树脂，当原料为盐湖产的粗磷酸锂时，采用胺聚羟基树脂交换滤液中的硼，当原料为三元正极材料时，采用强碱性阴离子树脂交换滤液中的氟离子；，第三级树脂为软化树脂，用以交换滤液中的钙、镁离子。进一步地，步骤E中，所述沉淀剂的配置方法为：将碳酸氢铵或碳酸氢钠或碳酸氢钾的一种或几种用去离子水溶解，然后配置成浓度为200～300g/L的溶液，往该溶液中加入絮凝剂沉淀反应后过滤得到沉淀剂。沉淀剂浓度过低会导致产率低，浓度过高容易发生析出盐分的现象，造成管道堵塞)进一步地，步骤E中，按计量比n(HCO3-):n(PO43-)＝1.9～2.2:1、m(HCO3-)：m(H+)＝1:1的比例往磷酸锂混合液中加入沉淀剂。在该范围内沉淀剂能将锂元素沉淀完全，具有最高的效率和最高的磷酸锂湿料产率。进一步地，步骤E中，在80～95度的温度下，将磷酸锂湿料与水按照液固比4～7：1的比例进行洗涤，并保温1～3h后进行离心，然后再进行干燥处理。在此温度下湿磷酸锂中夹杂的杂质才能够比较完全的溶解在洗涤水中，液固比太低需要洗涤的次数需增加，浪费资源，而液固比高降低产率。进一步地，所述粗制磷酸锂为盐湖粗制磷酸锂或三元正极材料回收料产粗制磷酸锂的一种，制备得到的电池级磷酸锂产品中锂元素纯度大于99.7％，锂元素的一次回收率大于95％。进一步地，所述步骤E中，沉淀反应离心除去磷酸锂湿料的溶液和将磷酸锂湿料洗涤后得到的溶液混合后，采用膜过滤浓缩至接近饱和浓度，然后转入冷冻反应釜在-5～0℃的条件下冷冻生成硫酸铵、氯化铵、硫酸钠、氯化钠、硫酸钾、氯化钾晶体中的一种副产品，将副产品离心干燥即可外售。具体分析各步骤的反应方程式为：所述步骤A的反应方程式为：PVDF(聚偏氟乙烯)＝CO2↑+H2O↑+HF↑C+O2＝CO2↑CxHyOz＝xCO2↑+1/2yH2O↑所述步骤B的反应方程式为：Li3PO4+2HCL＝2LiCL+LiH2PO4或Li3PO4+H2SO4＝Li2SO4+LiH2PO4粗制磷酸锂中的Ca、Mg、Fe、Ni、Co、Mn、B、F、Na、Pb、Cu、Al、Cr、Zn、Cd等常见杂质元素都分别形成为相应的离子形式。所述步骤C的反应方程式为：Fe3++3OH-＝Fe(OH)3↓Al3++3OH-＝Al(OH)3↓Cr3++3OH-＝Cr(OH)3↓Ca2++2F-＝CaF2↓Mg2++2F-＝MgF2↓所述步骤F的反应方程式为：Men++nNaY＝MeYn+nNa+(式中Me代表Ca、Mg、Ni、Co、Mn、Pb、Cu、Zn、Cd、B、F等；Y代表树脂官能团,此步骤为树脂交换反应过程)MeYn+nHCL＝nHY+MeCln(式中Me代表Ca、Mg、Ni、Co、Mn、Pb、Cu、Zn、Cd、B、F等；Y代表树脂官能团,此步骤为树脂再生反应过程)HY+NaOH＝NaY+H2O(此步骤为树脂转型过程)通过步骤C的树脂交换除杂处理后，磷酸锂粗液中的杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池级磷酸锂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nA、预处理：将粗制磷酸锂通过熟化处理得到粗制磷酸锂熟料，将粗制磷酸锂熟料进行粉碎处理；/nB、初步除杂：将步骤A得到的粗制磷酸锂熟料用酸溶解后用碱调节pH值至4～7，加热后过滤，取滤液；/nC、二次除杂：将步骤B得到的滤液通过树脂交换除杂而得到磷酸锂粗液；/nD、锂磷比调节：往磷酸锂粗液中加入磷酸进行调节，得到锂磷比为n(Li):n(P)＝2.95～3.05:1的磷酸锂混合液；/nE、沉淀反应：往磷酸锂混合液中加入沉淀剂进行沉淀反应，反应完成后离心得到磷酸锂湿料，将磷酸锂湿料洗涤、干燥后得到电池级磷酸锂；/n所述沉淀剂由碳酸氢铵、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或几种配置而成。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池级磷酸锂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、预处理：将粗制磷酸锂通过熟化处理得到粗制磷酸锂熟料，将粗制磷酸锂熟料进行粉碎处理；
B、初步除杂：将步骤A得到的粗制磷酸锂熟料用酸溶解后用碱调节pH值至4～7，加热后过滤，取滤液；
C、二次除杂：将步骤B得到的滤液通过树脂交换除杂而得到磷酸锂粗液；
D、锂磷比调节：往磷酸锂粗液中加入磷酸进行调节，得到锂磷比为n(Li):n(P)＝2.95～3.05:1的磷酸锂混合液；
E、沉淀反应：往磷酸锂混合液中加入沉淀剂进行沉淀反应，反应完成后离心得到磷酸锂湿料，将磷酸锂湿料洗涤、干燥后得到电池级磷酸锂；
所述沉淀剂由碳酸氢铵、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或几种配置而成。


2.根据权利要求1所述的电池级磷酸锂制备方法，其特征在于，步骤A中，熟化处理在微波炉内进行，处理时在30～60min内升温至200～600℃并维持30～60min。


3.根据权利要求2所述的电池级磷酸锂制备方法，其特征在于，步骤A中，粗制磷酸锂熟料粉碎后过150～200目筛，并用除铁器去除磁性物质。


4.根据权利要求1所述的电池级磷酸锂制备方法，其特征在于，步骤B中，所述酸溶液为工业浓盐酸或者工业浓硫酸，溶解后的溶液中锂浓度控制范围为25～40g/L。


5.根据权利要求4所述的电池级磷酸锂制备方法，其特征在于，步骤B中，碱为片碱、液碱、氢氧化锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志武，黄湛明，陈敬业，
申请(专利权)人：湖南众德新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43