一种废旧磷酸铁锂电池制备磷酸铁的方法技术

本发明专利技术属于废旧磷酸铁锂电池回收技术领域，具体涉及一种废旧磷酸铁锂电池制备磷酸铁的方法，包括以下步骤：（1）将电池黑粉与酸、第一还原剂在15

【技术实现步骤摘要】
一种废旧磷酸铁锂电池制备磷酸铁的方法


[0001]本专利技术属于废旧磷酸铁锂电池回收
，具体涉及一种废旧磷酸铁锂电池制备磷酸铁的方法。

技术介绍

[0002]随着混合电动车和电动车的快速发展，动力锂离子电池的产量大幅增加。当动力锂离子电池寿命终止时，势必会产生大量的废旧动力锂离子电池，因此，LiFePO4锂离子电池的回收技术具有极大的实用和经济价值。
[0003]目前，回收LiFePO4锂离子电池的方法能够将LiFePO4锂离子电池中的不同元素分离回收，例如回收得到磷酸铁，但是其纯度低，需要通过复杂的纯化过程才能制备得到电池级的磷酸铁。因此，目前回收废旧LiFePO4电池的方法杂质含量不稳定和经济价值低，难以实际推广。
[0004]CN111009660公开了一种由废旧磷酸铁锂电池制备磷酸铁锂正极材料的方法；具体生产步骤如下：酸浸出、除铜、除铝、制备二水磷酸铁、沉锂、制备磷酸铁锂。其虽然实现了废旧磷酸铁锂电池材料的全组分回收，但是其所得磷酸铁中的杂质含量仍有待进一步降低，且未涉及钛杂质的去除。
[0005]因此，本领域亟需一种有效去除杂质而获得高纯度磷酸铁的废旧磷酸铁锂电池回收方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的通过废旧电池回收得到的磷酸铁的纯度低，铜、钛、铝等杂质含量高的缺陷，提供一种废旧磷酸铁锂电池回收磷酸铁的方法，该方法能提高铜、钛、铝等杂质元素的去除率，从而利于获得高纯度的磷酸铁，并且工艺简单，便于工业化生产。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种废旧磷酸铁锂电池制备磷酸铁的方法，包括以下步骤：（1）将电池黑粉与酸、第一还原剂在15
‑
30℃条件下进行酸全浸，得到酸浸液；（2）将所述酸浸液和铁粉进行一段净化，过滤得到一段净化液和一段滤渣；然后将一段净化液与第二还原剂在中性气氛或还原性气氛存在下进行二段净化，过滤得到二段净化液和二段滤渣，任选的将二段滤渣返回一段净化；其中，所述一段净化的条件包括：控制pH为1.8
‑
2.2，温度为20
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70℃，时间为1
‑
3h，铁粉用量为所述酸浸液中铜摩尔量的0.5
‑
1.5倍；所述二段净化的条件包括：控制pH为2.5
‑
3，温度为50
‑
80℃，时间为3
‑
7h，第二还原剂的摩尔用量为铁粉摩尔用量的0.2
‑
1.5倍；（3）将步骤（2）所得的二段净化液，与磷源和/或铁源，以及可选的氧化剂和可选的pH调节剂，进行沉淀反应，过滤得到磷酸铁。
[0008]在一些优选实施方式中，步骤（1）中，所述酸用量为电池黑粉质量的50
‑
75%，所述第一还原剂的用量为电池黑粉质量的3
‑
10wt%，并控制液固质量比为2
‑
5:1。
[0009]在一些优选实施方式中，步骤（1）中，所述酸全浸的浸出时间为1
‑
3h。
[0010]在一些优选实施方式中，步骤（1）中，所述酸为硫酸和/或盐酸。
[0011]在一些优选实施方式中，所述第一还原剂为硫代硫酸钠、还原铁粉、亚硫酸钠和二氧化硫中的至少一种。
[0012]在一些优选实施方式中，步骤（2）中，所述第二还原剂为还原铁粉、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、水合肼中的一种或多种。
[0013]在一些优选实施方式中，所述中性气氛由氮气、氩气、氦气中的一种或多种提供。
[0014]在一些优选实施方式中，所述还原性气氛由氢气提供。
[0015]优选地，步骤（2）中，所述一段净化的条件包括：控制pH为1.8
‑
2，温度为20
‑
40℃，时间为1.5
‑
2.5h，铁粉用量为所述酸浸液中铜摩尔量的0.8
‑
1.2倍。
[0016]优选地，步骤（2）中，所述二段净化的条件包括：控制pH为2.8
‑
3，温度为50
‑
70℃，时间为5
‑
6h，第二还原剂的摩尔用量为一段净化铁粉摩尔用量的0.6
‑
1倍。
[0017]在一些优选实施方式中，步骤（3）中，所述磷源和/或铁源的用量使得调节Fe/P摩尔比为1:1
‑
1.05。
[0018]在一些优选实施方式中，步骤（3）中，所述氧化剂的质量用量为溶液体系中二价铁离子全部氧化所需理论用量的1
‑
2倍。
[0019]在一些优选实施方式中，步骤（3）中，所述pH调节剂用量使得控制体系pH在1.6
‑
2.0。
[0020]在一些优选实施方式中，步骤（3）中，所述沉淀反应的条件包括：温度为50
‑
70℃，时间为2
‑
3h。
[0021]在一些优选实施方式中，步骤（3）得到的磷酸铁中的杂质满足：以质量百分比计，Cu 0.0005
‑
0.005wt%，Al 0.001
‑
0.005wt%，Ti 0.001
‑
0.005wt%。
[0022]在一些优选实施方式中，所述方法还包括：（4）将步骤（3）得到的磷酸铁进行洗涤，过滤得到洗涤渣和洗涤液；（5）将步骤（4）得到的洗涤渣进行陈化，得到二水磷酸铁。
[0023]更优选地，步骤（4）中，所述洗涤的条件包括：采用pH为0.5
‑
5的洗涤水，且控制液固质量比20
‑
30:1。
[0024]更优选地，步骤（5）中，所述陈化的条件包括：采用质量浓度为1
‑
10wt%的磷酸溶液，液固质量比为5
‑
10:1，陈化温度为80
‑
100℃，陈化时间为2
‑
10h。
[0025]有益效果：本专利技术通过上述技术方案，尤其是在酸全浸中加入第一还原剂且之后进行特定除铜除钛的两段净化，能够最大程度的提高铜、钛、铝等杂质元素的去除率，从而利于提高制备得到的磷酸铁的纯度；同时降低铁粉等物料的用量和损失。
[0026]其中，一方面，相较于传统的氟化物除铝，本专利技术主要在前段酸全浸中抑制铝的浸出，电池黑粉在浸出时加入第一还原剂可以有效抑制铝的浸出，从Al
‑
H2O系电位
‑
pH图上可以看出，铝箔的浸出需要在一定的氧化电位下才能够发生，温度和电位均是影响铝箔溶出的重要因素。低温（15
‑
30℃）下，铝箔的溶出动力学缓慢；第一还原剂具有一定的还原性，可
以有效降低酸浸过程的溶液电位，这两方面配合具有协同效应，能有效减缓铝的溶出。
[0027]另一方面，在两段净化中，本专利技术人充分考虑铁金属活泼性强于铜，并研究发现在溶液氢离子浓度高的情况下，金属铁与氢离子发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧磷酸铁锂电池制备磷酸铁的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将电池黑粉与酸、第一还原剂在15
‑
30℃条件下进行酸全浸，得到酸浸液；（2）将所述酸浸液和铁粉进行一段净化，过滤得到一段净化液和一段滤渣；然后将一段净化液与第二还原剂在中性气氛或还原性气氛存在下进行二段净化，过滤得到二段净化液和二段滤渣，任选的将二段滤渣返回一段净化；其中，所述一段净化的条件包括：控制pH为1.8
‑
2.2，温度为20
‑
70℃，时间为1
‑
3h，铁粉用量为所述酸浸液中铜摩尔量的0.5
‑
1.5倍；所述二段净化的条件包括：控制pH为2.5
‑
3，温度为50
‑
80℃，时间为3
‑
7h，第二还原剂的摩尔用量为一段净化铁粉摩尔用量的0.2
‑
1.5倍；（3）将步骤（2）所得的二段净化液，与磷源和/或铁源，以及可选的氧化剂和可选的pH调节剂，进行沉淀反应，过滤得到磷酸铁。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述酸用量为电池黑粉质量的50
‑
75%，所述第一还原剂的用量为电池黑粉质量的3
‑
10wt%，且酸以酸溶液的形式引入并控制液固质量比为2
‑
5:1；和/或，所述酸全浸的浸出时间为1
‑
3h。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述酸为硫酸和/或盐酸，所述第一还原剂为硫代硫酸钠、还原铁粉、亚硫酸钠和二氧化硫中的至少一种。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述第二还原剂为还原铁粉、亚硫酸钠、硫代硫酸钠、水合肼中的一种或多种；和/或，所述中性气氛由氮气、氩气、氦气中的一种或多种提供，所述还原性气氛由氢气提供。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述一段净化的条件包括：控制pH为1.8
‑
2，温度为20
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙留根，张正阳，杨玮娇，杨永强，韦其晋，程俊武，张胜梅，张逸飞，马鑫铭，张义，彭煜华，
申请(专利权)人：矿冶科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：