一种用磷酸锰铁锂废旧电池粉制备磷酸锰铁锂材料的方法技术

本发明专利技术提供一种用磷酸锰铁锂废旧电池粉制备磷酸锰铁锂材料的方法，包括以下步骤：向磷酸锰铁锂废旧电池粉中加碱液，进行碱浸反应，过滤、洗涤，得滤渣；向滤渣中加酸液，进行酸浸反应，过滤，得酸浸滤液；向酸浸滤液中加入铁粉，升温至80～100℃，搅拌反应，过滤，得滤液；调节滤液中Li、Mn、Fe、P的物质量之比，进行水热反应，过滤、洗涤，得磷酸锰铁锂滤饼；向磷酸锰铁锂滤饼中加入碳源、石墨烯、柠檬酸铵、水混合均匀，而后进行研磨、喷雾干燥、烧结、粉碎，即得磷酸锰铁锂材料。本发明专利技术方案将磷酸锰铁锂废旧电池粉直接回收为磷酸锰铁锂材料，且通过改性掺杂，使其电性能显著提升。使其电性能显著提升。使其电性能显著提升。

【技术实现步骤摘要】
一种用磷酸锰铁锂废旧电池粉制备磷酸锰铁锂材料的方法


[0001]本专利技术属于废旧电池回收领域，具体涉及一种用磷酸锰铁锂废旧电池粉制备磷酸锰铁锂材料的方法。

技术介绍

[0002]磷酸锰铁锂被认为是升级版磷酸铁锂，是当前可行性相对较高的磷酸铁锂升级方案。其与磷酸铁锂和磷酸锰锂的性质相似，较三元材料有更好的热稳定性、化学稳定性及经济性，同时又比磷酸铁锂的能量密度更高，因此受到了各大锂电企业的高度重视。但随着磷酸锰铁锂电池的广泛应用，退役磷酸锰铁锂电池将会逐年增加，随之而来的就是废旧磷酸锰铁锂电池的处理问题，其处理技术急需提前储备。目前，由于磷酸锰铁锂电池还在服役期，废旧磷酸锰铁锂电池的回收利用尚处在起步阶段，相关专利极少。通常的做法是将废旧磷酸锰铁锂电池预处理得到电池粉，而后通过溶解、提锂、提铁、提锰等工艺分别提取碳酸锂、磷酸铁、磷酸锰或者二氧化锰。然而上述工艺无法将废旧磷酸锰铁锂电池粉中的杂质离子去除干净，特别是铜、铝等杂质，且回收的产品为碳酸锂、磷酸铁、磷酸锰或者二氧化锰等原材料，需要进一步加工才能得到锂离子电池正极材料，使得整个回收流程拉长，制造成本增加。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本专利技术提供一种用磷酸锰铁锂废旧电池粉制备磷酸锰铁锂材料的方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种用磷酸锰铁锂废旧电池粉制备磷酸锰铁锂材料的方法，包括以下步骤：向磷酸锰铁锂废旧电池粉中加入碱液，进行碱浸反应，过滤，并用碱液洗涤，得滤渣；向滤渣中加入酸液，进行酸浸反应，过滤，得酸浸滤液；向酸浸滤液中加入除杂剂，升温至80～100℃，搅拌反应3～6h，过滤，得滤液；调节滤液中Li、Mn、Fe、P的物质量之比，进行水热反应，得反应液；将反应液过滤、洗涤，得磷酸锰铁锂滤饼；向磷酸锰铁锂滤饼中加入碳源、石墨烯、柠檬酸铵、水混合均匀，研磨，得研磨浆料；将研磨浆料进行喷雾干燥、烧结、粉碎，即得磷酸锰铁锂材料。
[0006]进一步地，所述碱液为氢氧化钠或者氢氧化钾中的任一种。
[0007]优选地，碱液浓度为10％
‑
30％，加入量是磷酸锰铁锂废旧电池粉质量的4
‑
6倍。
[0008]进一步地，所述酸液为稀硫酸；所述稀硫酸加入量为滤渣中铁和锰物质的量之和的1～1.5倍。
[0009]优选地，所述稀硫酸的浓度为10％～50％。
[0010]进一步地，所除杂剂为铁粉或者锰粉。
[0011]优选的，所述除杂剂粒径为过50～200目，加入量为酸浸滤液中铁和锰的物质的量之和的2％～20％。
[0012]进一步地，所述Li、Mn、Fe、P的物质量之比为(1～1.05)：X：(1
‑
X)：(0.95～1)，其中
X在0～1之间。
[0013]进一步地，调节滤液中Li、Mn、Fe、P的物质量之比后，加纯水将滤液锂离子最终浓度调至0.1～2mol/L。
[0014]进一步地，调节Li、Mn、Fe、P物质量之比的物质为Li2CO3、Li3PO4、LiH2PO4、MnSO4、FeSO4、H3PO4中的一种或者多种。
[0015]进一步地，水热反应参数：压力1～2.5MPa，温度180～220℃，反应时间6～20h。
[0016]进一步地，所述磷酸锰铁锂滤饼洗涤终点电导率为0.1～0.5ms/cm。
[0017]进一步地，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、石墨中的一种或多种。
[0018]优选地，所述碳源的加入量为保证成品磷酸锰铁锂材料的碳含量为1.2％～2.2％；
[0019]所述石墨烯的加入量为磷酸锰铁锂滤饼中磷酸锰铁锂重量的0.1％～1％；
[0020]所述柠檬酸铵的加入量为磷酸锰铁锂滤饼中磷酸锰铁锂重量的0.5％～2％。
[0021]优选地，所述烧结参数为在惰性气体气氛、温度720～800℃下，烧结5～15h；
[0022]所述惰性气体为氮气或者氩气，纯度≥99.999％；
[0023]优选地，所述粉碎后粒径控制D50为0.8～1.5μm。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025](1)本专利技术方案采用酸性溶液一次性将铁磷锰锂元素全部浸出，相较于将锂和铁磷锰分别浸出而言，工序更少、工艺更简单、成本更低；
[0026](2)本专利技术直接通过水热法合成磷酸锰铁锂材料，可供电芯厂直接使用生产磷酸锰铁锂电芯，相较于分别获取磷酸铁、碳酸锂、磷酸锰和二氧化锰，无需再经过磷酸锰铁锂材料企业加工处理，使得整个磷酸锰铁锂废旧电池回收链更加简单、高效。
[0027](3)本专利技术方案在酸浸之前进行碱浸反应，可更好的将废旧电池粉中的铝彻底去除。
[0028](4)本专利技术方案对磷酸锰铁锂材料进行了掺杂改性，掺杂石墨烯提高产品的导电性能；掺杂柠檬酸铵可以在磷酸锰铁锂材料中形成微孔，提高锂离子迁移效率；最终提高了产品电性能。
附图说明
[0029]图1为本专利技术技术方案工艺流程图；
[0030]图2为本专利技术实施例1提供的磷酸锰铁锂材料充放电曲线图；
[0031]图3为本专利技术实施例1提供的磷酸锰铁锂材料XRD图。
具体实施方式
[0032]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本专利技术。
[0033]关键试验材料来源及理化参数：
[0034]磷酸锰铁锂废旧电池粉来自某企业的废旧电池拆解线，主要组分见下表；
[0035]表1磷酸锰铁锂废旧电池粉各组分情况
[0036]组分LiMnFePC
含量2.2％～2.8％4％～8％16％～20％11％～14％32％～45％
[0037]实施例1
[0038]本实施例提供一种用磷酸锰铁锂废旧电池粉制备磷酸锰铁锂材料的方法，包括以下步骤：
[0039]S1、向磷酸锰铁锂废旧电池粉中加入30％的氢氧化钠溶液，进行碱浸反应，常温下搅拌反应3h后过滤，并用30％的氢氧化钠溶液洗涤，得滤渣；其中，氢氧化钠溶液的加入量为磷酸锰铁锂废旧电池粉质量的5倍。
[0040]S2、向滤渣中加入浓度15％的稀硫酸溶液，进行酸浸反应，常温下搅拌反应3h后过滤，得酸浸滤液；其中稀硫酸溶液的加入量为滤渣中铁和锰物质的量之和的1.05倍。
[0041]S3、向酸浸滤液中加入100目的铁粉，升温至90℃，搅拌反应5h，过滤，得滤液；其中，铁粉加入量为酸浸滤液中铁和锰的物质的量之和的5％。
[0042]S4、向滤液中加入Li2CO3、MnSO4、FeSO4、H3PO4调节滤液中Li、Mn、Fe、P的物质量之比为1.02：0.5：0.5：0.98，并加入纯水调节锂离子浓度为1.5mol/L，然后进行水热反应，得反应液；其中，水热反应参数：压力1MPa，温度180℃，反应时间12h。
[0043]S5、将反应液过滤，用纯水洗涤滤饼，洗涤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用磷酸锰铁锂废旧电池粉制备磷酸锰铁锂材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：向磷酸锰铁锂废旧电池粉中加入碱液，进行碱浸反应，过滤，并用碱液洗涤，得滤渣；向滤渣中加入酸液，进行酸浸反应，过滤，得酸浸滤液；向酸浸滤液中加入除杂剂，升温至80～100℃，搅拌反应3～6h，过滤，得滤液；调节滤液中Li、Mn、Fe、P的物质量之比，进行水热反应，得反应液；将反应液过滤、洗涤，得磷酸锰铁锂滤饼；向磷酸锰铁锂滤饼中加入碳源、石墨烯、柠檬酸铵、水混合均匀，研磨，得研磨浆料；将研磨浆料进行喷雾干燥、烧结、粉碎，即得磷酸锰铁锂材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化钠或者氢氧化钾中的任一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸液为稀硫酸；所述稀硫酸加入量为滤渣中铁和锰物质的量之和的1～1.5倍。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除杂剂为铁粉或者锰粉中的任一种。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘婷，朱海霞，胡珊珊，
申请(专利权)人：湖北锂宝新材料科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：