利用废旧磷酸铁锂电池制备LiFe5O8磁性材料的方法技术

本发明专利技术提供一种利用废旧磷酸铁锂电池制备LiFe5O8磁性材料的方法，属于环境保护和资源综合利用领域的固体废弃物资源化新技术。核心包括磷酸铁锂正极材料的机械化学活化和煅烧生成LiFe5O8等步骤。其特征是：将废旧磷酸铁锂电池拆解得到正极粉末，利用正极粉末和一定质量的助磨剂混合后机械活化，浸出，调整含锂滤液中锂铁比例并加入添加剂，水浴蒸发浓缩后，将样品置于马弗炉中煅烧，即可获得LiFe5O8磁性材料。本发明专利技术操作简单、反应条件温和，经济实用性强，所制备的LiFe5O8有较好的磁性。有较好的磁性。有较好的磁性。

【技术实现步骤摘要】
利用废旧磷酸铁锂电池制备LiFe5O8磁性材料的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用机械活化利用废旧磷酸铁锂电池制备LiFe5O8磁性材料的工艺，属于环境保护与资源综合利用领域的固体废弃物处理新技术，适用于废旧磷酸铁锂电池正极材料的资源化回收利用。

技术介绍

[0002]随着3C产品和新能源汽车的普及，锂离子电池的需求量更是与日俱增。近几年，磷酸铁锂电池以其在成本、循环性能、安全性能等方面的优势脱颖而出，市场占有率已经和三元电池持平。然而，锂离子动力电池的寿命一般在5年左右，当下已经迎来了大量的锂离子电池退役。因此，废旧锂离子电池的资源化利用，不仅可以回收相应的资源，减少自然资源的开采，还可以减轻环境负担，意义重大。目前废旧磷酸铁锂电池的回收方法主要分为元素回收和高温再生等方法。元素回收研究最多的就是湿法冶金工艺，主要是在强酸、强氧化剂体系的作用下将磷酸铁锂中的Fe
2+
氧化成Fe
3+
，锂离子从磷酸铁的晶格中脱出，然后从溶液中以Li2CO3和Li3PO4的形式回收锂。高温再生主要是将回收的磷酸铁锂正极材料通过直接在惰性气氛中高温处理，或者补充适当锂源、铁源或磷源后在惰性气氛中高温煅烧。高温处理工艺简单，易于操作，不需要使用大量酸碱，但是铜铝杂质会对修复后磷酸铁锂正极材料的性能有一定的影响，高温处理成本和材料纯化成本较高，并且需要进行尾气处理。
[0003]机械化学法是通过摩擦、挤压、剪切、冲击等机械力激发物料反应活性，从而诱导化学反应的进行。机械化学法在金属冶炼，材料合成、废弃物处理等领域都有着广泛的应用。因此机械化学方法有望成为资源化回收废旧磷酸铁锂的一条经济绿色工艺。
[0004]LiFe5O8磁性材料在微波雷达等领域具有广泛的应用，而目前LiFe5O8磁性材料的制备多采用化学品试剂进行合成，将锂和铁最终以硝酸盐的形式通过凝胶溶胶法进行煅烧，工艺繁琐，并增加了生产成本。
[0005]针对废旧锂离子电池的经济绿色回收问题，本专利技术开发了一种不使用强酸、强氧化剂，利用机械活化从废旧磷酸铁锂电池选择性提锂，并直接制备LiFe5O8磁性材料的方法。本专利技术操作简单、反应条件温和，绿色环保，经济实用性强。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对废旧磷酸铁锂电池的经济绿色回收问题，提供了一种利用废旧磷酸铁锂电池制备LiFe5O8磁性材料的方法，该方法在回收的过程中避免了强酸、强氧化剂的使用，锂的提取率高，并可以利用废旧磷酸铁锂电池制备高附加值的LiFe5O8磁性材料。
[0007]为达到以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]利用废旧磷酸铁锂电池制备LiFe5O8磁性材料的方法，包括：
[0009]步骤S1，磷酸铁锂正极粉末分离：将废旧磷酸铁锂电池放电、拆解、剥离得到磷酸铁锂正极粉末；
[0010]步骤S2，磷酸铁锂正极粉末球磨活化：将步骤S1得到的磷酸铁锂正极粉末和一定
质量的助磨剂一起球磨，球磨一定时间后用蒸馏水将球磨样浸出，过滤得到磷酸铁的残渣和含锂滤液；
[0011]步骤S3，LiFe5O8前驱体凝胶制备：调整步骤S2所得含锂溶液中锂铁的比例后；加入有机酸溶溶液，水浴蒸发多余水分，得到凝胶状样品；
[0012]步骤S4，LiFe5O8合成：将步骤S3得到的凝胶样品置于马弗炉中煅烧，即可获得LiFe5O8磁性材料。
[0013]优选的，步骤S2中，所述助磨剂为氯化铁、六水氯化铁中的至少一种。
[0014]优选的，步骤S2中，所述助磨剂的量为，按摩尔比，助磨剂中氯化铁：磷酸铁锂粉末中LiFePO4＝1:1
‑
5:1(比如1:1、1.2:1、1.5:1、2:1、3:1、5:1等)。助磨剂过低，影响锂的浸出率，助磨剂过高，浪费原料并且影响后续LiFe5O8磁性材料的纯度。
[0015]优选的，步骤S2中，所述球磨时间为，5
‑
120min(比如5min、10min、20min、30min、60min、100min等)。
[0016]所述球磨转速为，200
‑
1000r/min(比如300r/min、500r/min、600r/min、700r/min、800r/min、1000r/min等)。
[0017]优选的，步骤S3中，所述调整后含锂溶液中锂铁的摩尔比为1:5
‑
1:1(比如1:5、1:4、1:3.5、1:3、1:2等)；所述有机酸为柠檬酸，草酸，酒石酸中的一种或者两种以上的混合物。
[0018]优选的，步骤S4中，所述煅烧温度为500
‑
1000℃(比如500℃、600℃、700℃、800℃、1000℃)，煅烧时间为1
‑
5h(比如1h、2h、3h、4h、5h)。
[0019]本申请的技术原理包括：
[0020]以氯化铁或六水氯化铁为助磨剂，废旧磷酸铁锂正极粉末与助磨剂在碰撞、摩擦、剪切等机械力的作用下被活化，使电子发生转移，Fe
2+
被氧化成Fe
3+
，磷酸铁仍保持橄榄石结构，锂离子可以从磷酸铁的晶格中顺利脱出，从而实现锂的选择性提取。由于球磨浸出液中的阳离子只有锂离子和铁离子，直接加入有机酸溶液后蒸发，可得到凝胶状物质，经煅烧后可得到颗粒均匀的锂铁氧体磁性材料。
[0021]与现有技术相比，本申请的方案具有如下有益效果：
[0022]1、流程简单、易于操作；
[0023]2、反应条件温和、经济环保；
[0024]3、不使用强酸、强碱、强氧化剂即可实现锂的选择性回收；
[0025]4、可以利用废旧磷酸铁锂电池制备附加值较高的磁性功能材料LiFe5O8。
附图说明
[0026]图1是本申请提供的利用废旧磷酸铁锂电池制备LiFe5O8磁性材料的工艺流程图
[0027]图2是本申请优选实施例所用废旧磷酸铁锂正极材料的XRD图
[0028]图3是本申请优选实施例中所制备LiFe5O8的XRD图
[0029]图4是本申请优选实施例中所制备LiFe5O8的SEM图
[0030]图5是本申请优选实施例中所制备LiFe5O8的磁滞回线
[0031]图6是本申请对比例中所制备样品的XRD图
具体实施方式
[0032]图1是本申请提供的利用废旧磷酸铁锂电池回收碳酸锂和制备LiFe5O8磁性材料的工艺流程图，基本包括如下步骤：
[0033]步骤S1，将废旧磷酸铁锂电池放电、拆解、剥离得到磷酸铁锂正极粉末；
[0034]步骤S2，将步骤S1得到的磷酸铁锂正极粉末和一定质量的助磨剂一起球磨，球磨一定时间后用蒸馏水将球磨样浸出，过滤得到磷酸铁的残渣和含锂滤液；
[0035]步骤S3，调整步骤S2所得含锂溶液中锂铁的比例后；加入有机酸溶溶液，水浴蒸发多余水分，得到凝胶状样品；
[0036]步骤S4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用废旧磷酸铁锂电池制备LiFe5O8磁性材料的方法，其特征在于，包括：步骤S1，磷酸铁锂正极粉末分离：将废旧磷酸铁锂电池放电、拆解、剥离得到磷酸铁锂正极粉末；步骤S2，磷酸铁锂正极粉末球磨活化：将步骤S1得到的磷酸铁锂正极粉末和助磨剂一起球磨，得到球磨活化样品，将球磨活化样品用蒸馏水溶浸，过滤得到磷酸铁残渣和含锂滤液；步骤S3，LiFe5O8前驱体凝胶制备：调整步骤S2所得含锂溶液中锂铁的比例，然后加入有机酸溶溶液，蒸发多余水分，得到凝胶状样品；步骤S4，LiFe5O8合成：将步骤S3得到的凝胶样品置于马弗炉中煅烧，即可获得LiFe5O8磁性材料。2.根据权利要求1所述的利用废旧磷酸铁锂电池制备LiFe5O8磁性材料的方法，其特征在于，步骤S2中，所述助磨剂为氯化铁、六水氯化铁或者二者的混合物，其中助磨剂中氯化铁和磷酸铁锂粉末中LiFe...

【专利技术属性】
技术研发人员：张付申，仵理想，张志远，张聪聪，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：