磷酸铁锂电池的拆解回收利用工艺制造技术

本发明专利技术提供一种磷酸铁锂电池的拆解回收利用工艺，首先将退化的磷酸铁锂正极材料与磷酸溶液进行充分混合，然后通过电解的方式，形成可溶的磷酸铁和磷酸锂，然后利用磷酸铁在酸性条件和高温回流下的溶解度降低，分离磷酸铁和磷酸锂溶液，再将磷酸锂转化为碳酸锂，利用磷酸铁和碳酸锂反应形成再生磷酸铁锂材料，该工艺解决了分离不彻底，再生过程不连续等的技术问题，最终可以提供电池级纯度的再生磷酸铁锂正极材料。锂正极材料。锂正极材料。

【技术实现步骤摘要】
磷酸铁锂电池的拆解回收利用工艺


[0001]本专利技术属于锂离子电池回收
，具体涉及磷酸铁锂电池的拆解回收利用工艺。

技术介绍

[0002]在锂离子电池的产量日益增加、产品大量投放市场的同时，一个不容忽视的技术问题摆在我们的面前，大量废旧锂离子电池需要进行回收。动力锂电池目前主要以三元正极材料和磷酸铁锂正极材为主，由于三元正极材料中Co存储量少，价格昂贵，因此对于三元正极材料的回收和再生研究较多。但是具有橄榄石结构的磷酸铁锂具有资源丰富，环境友好，使用寿命长，热稳定性能好等优点，引起人们广泛的关注，也是目前锂离子电池正极材料的研究热点之一。2021年正极材料领域磷酸铁锂正极材料市场占比由24％上升到43％,三元正极材料市场份额占比略微下滑,市场份额由46％下降到38％。因此对于磷酸铁锂电池的拆解回收利用也成了目前关注的重点。
[0003]以往对于磷酸铁锂电池的回收利用主要集中在元素的回收上，CN109264748B在正极粉料中加碱溶铝，所得滤泥加酸和还原剂浸出，加碱沉淀杂质，再加入固体碳酸钠，得到碳酸锂，同时回收锂元素和铁元素。
[0004]CN109811125B利用还原手段将铁、磷还原成低价态，磷酸铁锂则被分解为锂化合物和磷铁合金，在进行磁选回收，实现废旧磷酸铁锂中磷、铁、锂元素的全部回收。
[0005]但是磷酸铁锂中各元素除了锂元素外，其他元素的价格较低，将磷酸铁锂完全转化为锂、铁、磷等元素，一方面耗能较大，成本较高，另一方面这些元素如果还需要重新投入进行再利用，在工序上还需要继续转化为可利用的正极材料，使得转化链条变长，回收利用率变低。
[0006]因此，在现有的磷酸铁锂回收技术的基础上，需要考虑一种新的拆解回收利用工艺，使得回收的锂、铁元素能够尽快再利用，形成再生的磷酸铁锂，一方面避免元素在回收过程中的损耗，另一方面尽可能在再生转化过程中保持电池的再生品质，避免电池性能的降低。

技术实现思路

[0007]基于此，本专利技术提供一种磷酸铁锂电池的拆解回收利用工艺，解决了现有技术中在对磷酸铁锂正极材料进行元素提取时，反应工序复杂，分离不彻底，再生过程不连续等的技术问题，最终可以提供电池级纯度的再生磷酸铁锂正极材料。
[0008]为达到上述目的，本专利技术通过如下技术方案实现：
[0009]根据本专利技术的一个方面，提出一种退磷酸铁锂电池的拆解回收利用工艺，包括以下步骤：
[0010]S1：将磷酸铁锂电池进行拆解分级处理，得到退化的磷酸铁锂正极材料，备用；
[0011]S2：将退化的磷酸铁锂正极材料研磨处理，然后将其与磷酸溶液进行混合，并进行
超声处理，静置，分离上层清液，保留下层经磷酸处理的均匀浆料；
[0012]S3：将所述浆料负载在正极基板上，压实排掉剩余的磷酸残液后，烘干制备成阳极，回收S2和S3步骤中的磷酸溶液，备用；
[0013]S4：选用耐酸不锈钢板作为阴极，将S2和S3步骤中的磷酸溶液作为电解液，施加电压进行电解，直至正极浆料中的锂和铁溶出；
[0014]S5：调节溶出液的pH值为1.5～2，然后加热回流3～8h，析出磷酸铁沉淀，并进行过滤分离，备用；
[0015]S6：将S5中的滤液中加入碱土金属硝酸盐，并升温至50
‑
80℃，析出碱土金属磷酸盐沉淀，并在该温度下进行过滤分离。
[0016]S7：将S6中得到的含锂滤液中加入碳酸钠水溶液，通过控制碳酸钠的浓度使pH值在9
‑
11，得到碳酸锂沉淀，并洗涤干燥；
[0017]S8：将S5中得到的磷酸铁以及S7中得到的碳酸锂加入有机酸溶液，进行研磨搅拌30
‑
60min，然后将所述混合物进行干燥、造粒并在600
‑
700℃进行煅烧4
‑
8h，得到再生的磷酸铁锂材料。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，S2步骤的磷酸溶液部分来自S2和S3步骤回收的磷酸溶液，磷酸溶液的浓度配制为0.2
‑
1.5mol/L，进一步优选为0.5
‑
1mol/L。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，S2步骤中退化的磷酸铁锂正极材料研磨至50
‑
500目，超声处理时长为20
‑
60min，静置时长为2
‑
24h，其中进一步优选为退化的磷酸铁锂正极材料研磨至100
‑
300目，超声处理时长为30
‑
40min，静置时长为5
‑
16h。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，S3步骤中所述正极基板为多孔性导电碳材料，所述多孔平均孔径为10
‑
200μm，进一步优选为50
‑
100μm。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，S4步骤中电解所施加的电压为1V
‑
4V，进一步优选为1.5V
‑
3V，检测溶液中的锂离子和铁离子浓度，直至浓度不再变化为止。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，S5步骤中通过加入磷酸调节溶出液的pH值，加热回流温度为75
‑
90℃。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，S6步骤中的碱土金属硝酸盐为硝酸钙和/或硝酸镁。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，S7步骤中碳酸钠的浓度范围为1mol/L
‑
3mol/L，进一步优选为1.5
‑
2.5mol/L。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，S8步骤中磷酸铁和碳酸锂研磨至平均粒径为100
‑
500nm，进一步优选为150
‑
300nm，所述有机酸为乙酸、马来酸酐中的至少一种。
[0026]在本专利技术的一些实施方式中，S8步骤中进一步加入碳源进行混合搅拌，所述碳源选自葡萄糖、蔗糖中的至少一种。
[0027]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0028]1、将退化的磷酸铁锂正极材料研磨处理后与磷酸溶液进行充分混合，使得正极材料被磷酸完全浸润，然后通过电解的方式，将退化的磷酸铁锂正极材料中的锂和铁充分反应，形成可溶的磷酸铁和磷酸锂，提升锂元素和铁元素的回收率。同时磷酸在S2和S3步骤中部分循环利用，以节约成本。
[0029]2.利用磷酸铁在酸性条件和高温回流下的溶解度降低，分离磷酸铁和磷酸锂溶液，并保留大部分的磷酸铁作为再生原料。
[0030]3.全过程尽量避免了多次煅烧、干燥以及蒸发过程，降低了能耗，并且基于电池级用磷酸铁锂的特性，通过保留回收利用工艺过程中加入的部分掺杂元素，减少了提纯后还需要额外加入掺杂元素的工序。
[0031]4.再生整个反应路径简单，每一步所得到的沉淀或滤液均可以在整个工艺中重复利用或作为固化磷肥使用，避免了固废物的产生。
附图说明
[0032]图1为本专利技术提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂电池的拆解回收利用工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1：将磷酸铁锂电池进行拆解分级处理，得到退化的磷酸铁锂正极材料，备用；S2：将退化的磷酸铁锂正极材料研磨处理，然后将其与磷酸溶液进行混合，并进行超声处理，静置，分离上层清液，保留下层经磷酸处理的均匀浆料；S3：将所述浆料负载在正极基板上，压实排掉剩余的磷酸残液后，烘干制备成阳极，回收S2和S3步骤中的磷酸溶液，备用；S4：选用耐酸不锈钢板作为阴极，将S2和S3步骤中的磷酸溶液作为电解液，施加电压进行电解，直至正极浆料中的锂和铁溶出；S5：调节溶出液的pH值为1.5～2，然后加热回流3～8h，析出磷酸铁沉淀，并进行过滤分离，备用；S6：将S5中的滤液中加入碱土金属硝酸盐，并升温至50
‑
80℃，析出碱土金属磷酸盐沉淀，并在该温度下进行过滤分离。S7：将S6中得到的含锂滤液中加入碳酸钠水溶液，通过控制碳酸钠的浓度使pH值在9
‑
11，得到碳酸锂沉淀，并洗涤干燥；S8：将S5中得到的磷酸铁以及S7中得到的碳酸锂加入有机酸溶液，进行研磨搅拌30
‑
60min，然后将所述混合物进行干燥、造粒并在600
‑
700℃进行煅烧4
‑
8h，得到再生的磷酸铁锂材料。2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，S2步骤的磷酸溶液部分来自S2和S3步骤回收的磷酸溶液，磷酸溶液的浓度配制为0.2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凤霞，
申请(专利权)人：内蒙古蒙能环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：