一种磷酸铁锂电池废料回收利用方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸铁锂电池废料回收利用方法，涉及锂离子电池回收技术领域。本发明专利技术所述方法包括如下步骤：(1)对磷酸铁锂电池进行预处理，得到黑粉；(2)酸浸；(3)向浸出液中加入铁粉除铜；(4)向除铜后液中加入磷酸盐和还原剂的混合物、或氟化钠，除铝，得到铝渣和除铝后液；(5)对铝渣进行回收，得到不溶渣；(6)将不溶渣加入酸溶液中，溶解，得到含磷、铁、锂的溶液；(7)将上述溶液与除铝后液混合，加入磷源、锂源、铁源、碳源，水热反应，得到磷酸铁锂前驱体；(8)烧结磷酸铁锂前驱体，得到磷酸铁锂正极材料。以本发明专利技术所述方法制备的磷酸铁锂正极材料具有良好的电化学性能。材料具有良好的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂电池废料回收利用方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池回收
，尤其涉及一种磷酸铁锂电池废料回收利用方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为电池市场的主要产品，产量不计其数，而其中以LiFePO4为正极材料的锂离子电池因为结构稳定、循环性能好、环境友好、安全系数高且材料来源广泛，使得LiFePO4材料的产量在快速增长，相应而来的是废旧的磷酸铁锂电池的数量的迅速增长，对此废旧磷酸铁锂电池的回收利用成为了政府、科研院所和企业亟待解决的问题。为了能够有效的提取磷酸铁锂电池废料中宝贵的有价金属，有必要开发一种磷酸铁锂电池废料的回收利用技术。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种磷酸铁锂电池废料回收利用方法，所述方法可以得到杂质含量较少的磷酸铁锂正极材料，制备的磷酸铁锂正极材料具有良好的电化学性能，此外，铝的回收率较高，实现了材料的循环利用。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0005]一种磷酸铁锂电池废料回收利用方法，所述回收利用方法包括如下步骤：
[0006](1)将磷酸铁锂电池拆分成外壳、电解液、铜箔、铝箔、隔膜和黑粉；
[0007](2)将步骤(1)所述黑粉浸没于酸溶液中，反应溶解，过滤，得到石墨渣和含磷、铁、锂浸出液；
[0008](3)向步骤(2)所述含磷、铁、锂浸出液中加入铁粉，过滤，得到含磷、铁、锂的除铜后液；
[0009](4)向步骤(3)所述含磷、铁、锂的除铜后液中加入磷酸盐和还原剂的混合物，或氟化钠，反应沉淀，过滤，得到含磷、铁、锂的除铝后液和铝渣；
[0010](5)将步骤(4)所述铝渣加入碱溶液中，反应溶解，过滤，得到含铝液和不溶渣；
[0011](6)将步骤(5)所述不溶渣加入酸溶液中，反应溶解，得到含磷、铁、锂的溶液；
[0012](7)将步骤(6)所述含磷、铁、锂的溶液与步骤(4)所述含磷、铁、锂的除铝后液混合，加入磷源、锂源、铁源、碳源，得到混合溶液，进行水热反应，得到磷酸铁锂前驱体；
[0013](8)将磷酸铁锂前驱体在惰性气氛下进行烧结，得到磷酸铁锂正极材料。
[0014]所述黑粉为磷酸铁锂和C的混合粉末。
[0015]本专利技术通过磷酸盐与铝离子共沉淀生成磷酸铝或氟化钠与铝离子反应生成六氟铝酸钠的方式除铝，除杂效果好，过程易控制，此外，通过对铝渣进行回收，减少了在除铝过程中磷、铁和锂的损失，其中磷、铁和锂的回收率均可达90％以上，可实现磷酸铁锂电池废料的回收利用。
[0016]优选地，所述步骤(5)结束后，将所述含铝液加入酸溶液中，反应，得到含铝产品；
所述酸溶液为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸中的至少一种，所述反应温度为25～80℃。
[0017]优选地，所述步骤(2)中，所述酸溶液为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸中的至少一种；所述酸溶液的浓度为1～6mol/L，所述黑粉与所述酸溶液的质量体积比为1：(2～7)g/mL，所述反应溶解的时间为2～8h，所述反应溶解的温度为25～95℃。进一步优选地，所述黑粉与所述酸溶液的质量体积比为1：(4～6)g/mL，所述反应溶解的时间为2～4h，所述反应溶解的温度为50～90℃。控制反应条件满足上述要求可以保证废料中的磷、锂、铁可以得到最大程度的回收。
[0018]优选地，所述步骤(3)中，所述铁粉与所述含磷、铁、锂浸出液中铜离子、三价铁离子总量的摩尔比为(1～5):1；进一步优选的，所述步骤(3)中，所述铁粉与所述含磷、铁、锂浸出液中铜离子、三价铁离子总量的摩尔比为(1.1～1.5):1。
[0019]优选地，所述步骤(4)中，所述氟化钠与所述含磷、铁、锂的除铜后液中铝离子的摩尔比为(0.5～5)：1；所述磷酸盐为磷酸钠、磷酸铵、磷酸钾中的至少一种，所述磷酸盐与所述含磷、铁、锂的除铜后液中铝离子的摩尔比为(1～5)：1，所述还原剂为还原铁粉，所述还原剂的加入量为2～15g/L；所述反应沉淀的温度为25～95℃，所述反应沉淀的时间为1～6h。加入还原铁粉可以提供还原性氛围，将溶液中少量的三价铁离子还原为二价铁离子，同时调节溶液pH，因为溶液的pH过低将会导致磷酸盐溶解，从而无法达到除铝的目的。
[0020]进一步优选地，所述步骤(4)中，所述氟化钠与所述含磷、铁、锂的除铜后液中铝离子的摩尔比为(1.2～2)：1，所述磷酸盐与所述含磷、铁、锂的除铜后液中铝离子的摩尔比为(2～3)：1，所述还原剂的加入量为6～10g/L，所述反应沉淀的温度为50～80℃，所述反应沉淀的时间为3～5h。
[0021]本专利技术通过实验发现，当氟化钠与铝离子，或磷酸盐、铝离子和还原剂的用量满足上述要求的情况下，铝的回收率较高，并且制备出的磷酸铁锂正极的电化学性能相对较优。
[0022]优选地，所述步骤(5)中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液；所述碱溶液的浓度为2～10mol/L；所述反应溶解的温度为25～80℃，所述反应溶解的时间为1～4h。氢氧化钠可与铝离子反应生成偏铝酸根，而磷、锂、铁则会反应生成沉淀存在于渣中，从而达到将铝与磷、锂、铁分离的目的。
[0023]优选地，所述步骤(6)中，所述酸溶液为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸中的至少一种，所述酸溶液中酸的浓度为0.5～5mol/L；所述不溶渣与所述酸溶液的质量体积比为1：(3～8)g/mL；所述反应溶解的温度为50～95℃，所述反应溶解的时间为1～4h。所述步骤(6)中选用的酸的种类与步骤(2)中相同。
[0024]优选地，所述步骤(7)中，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、磷酸二氢锂、硫酸锂、氯化锂中的至少一种；所述磷源为磷酸三钠、磷酸氢铵、磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢锂、磷酸锂中的至少一种；所述铁源为草酸亚铁、磷酸亚铁、醋酸铁、氧化铁中的至少一种；所述碳源为乙炔黑、淀粉、葡萄糖、柠檬酸、蔗糖中的至少一种；所述混合溶液中，Li、P、Fe、C的摩尔比为Li:P:Fe:C＝(1～1.03):(0.97～1.02):1:(0.03～0.08)，若配比不在该范围内将会导致前驱体颗粒粒度增大，从而使合成的磷酸铁锂正极材料的电化学性能变差。
[0025]优选地，所述步骤(7)中，水热反应在高温高压条件下进行，所述高温高压条件为：90～250℃、1～7bar，反应时间为3～20h，反应时滴入碱性物质如碳酸铵、碳酸氢铵、氨水中
的至少一种。
[0026]优选地，所述步骤(8)中，所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的至少一种；所述烧结的温度为500～800℃，所述烧结的时间为6～10h。
[0027]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0028]1)本专利技术通过全浸的方式可以有效回收磷酸铁锂黑粉中的磷、铁、锂元素，实现全组分回收，后续再用铁粉除铜，氟化钠除铝或磷酸盐共沉淀除铝的方式，可低成本去除铜铝杂质，但是在该体系下的除铝过程中由于pH升高从而导致磷、铁和锂沉淀于铝渣中，因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂电池废料回收利用方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将磷酸铁锂电池进行预处理，得到黑粉；(2)将步骤(1)所述黑粉浸没于酸溶液中，反应溶解，过滤，得到石墨渣和含磷、铁、锂浸出液；(3)向步骤(2)所述含磷、铁、锂浸出液中加入铁粉，过滤，得到含磷、铁、锂的除铜后液；(4)向步骤(3)所述含磷、铁、锂的除铜后液中加入磷酸盐和还原剂的混合物，或氟化钠，反应沉淀，过滤，得到含磷、铁、锂的除铝后液和铝渣；(5)将步骤(4)所述铝渣加入碱溶液中，反应溶解，过滤，得到含铝液和不溶渣；(6)将步骤(5)所述不溶渣加入酸溶液中，反应溶解，得到含磷、铁、锂的溶液；(7)将步骤(6)所述含磷、铁、锂的溶液与步骤(4)所述含磷、铁、锂的除铝后液混合，加入磷源、锂源、铁源、碳源，得到混合溶液，进行水热反应，得到磷酸铁锂前驱体；(8)将磷酸铁锂前驱体在惰性气氛下进行烧结，得到磷酸铁锂正极材料。2.如权利要求1所述的磷酸铁锂电池废料回收利用方法，其特征在于，所述步骤(5)结束后，将所述含铝液加入酸溶液中，反应，得到含铝产品；所述酸溶液为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸中的至少一种，所述反应温度为25～80℃。3.如权利要求1所述的磷酸铁锂电池废料回收利用方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述酸溶液为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸中的至少一种；所述酸溶液的浓度为1～6mol/L，所述黑粉与所述酸溶液的质量体积比为1：(2～7)g/mL，所述反应溶解的时间为2～8h，所述反应溶解的温度为25～95℃。4.如权利要求1所述的磷酸铁锂电池废料回收利用方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述氟化钠与所述含磷、铁、锂的除铜后液中铝离子的摩尔比为(0.5～5)：1；所述磷酸盐为磷酸钠、磷酸铵、磷酸钾中的至少一种，所述磷酸盐与所述含磷、铁、锂的除铜后液中铝离子的摩尔比为(1～5)：1，所述还原剂为还原铁粉，所述还原剂的加入量为2～15g/...

【专利技术属性】
技术研发人员：许积奇，李长东，阮丁山，陈若葵，乔延超，段金亮，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：