[发明专利]废旧磷酸铁锂电池循环利用制备磷酸铁锂正极材料的方法

说明书

一种废旧磷酸铁锂电池循环利用制备磷酸铁锂正极材料的方法。1)将废旧磷酸铁锂电池置于盐水中浸泡，充分放电后拆解，得到正负极极片；2)极片经破碎、冷冻、沸水浸泡、振动筛分后，分选出活性物质和铜箔、铝箔；3)对分选出的活性物质进行真空焙烧；4)对真空焙烧后的活性物质进行酸性浸出，得到含有Li、Fe、P的溶液及不溶渣；5)浸出液采用硫化除铜和磷酸铝沉淀除铝的方式，除掉其中残余的铜杂质和铝杂质；6)向浸出液中补加锂源和磷源后进行水热反应，得到再生的磷酸铁锂材料；7)混入碳源后，进行高温焙烧处理，得到包碳的磷酸铁锂正极材料。本发明工艺流程短，再生得到的磷酸铁锂正极材料电化学性能优异，有效利用了废旧磷酸铁锂电池中有价元素。

技术领域

本发明属于废旧电池的回收技术领域，特别是涉及到一种废旧磷酸铁锂电池循环利用制备磷酸铁锂正极材料的方法。

背景技术

近年来，我国电动汽车行业极速发展，并且在未来一段时间内，我国电动汽车的销量还将持续高速增长。电动汽车行业的极速发展同时促进了动力电池的发展，磷酸铁锂电池由于其具有不含贵金属，使用成本相对较低，安全稳定性强等优点，被广泛应用于动力电池。因此，当我国电动汽车大规模报废时代来临后，对磷酸铁锂电池的回收将变得十分迫切。

目前公开的循环利用废旧锂离子电池制备磷酸铁锂正极材料主要为两种方法：其一是对电池废料进行高温处理，直接修复再生磷酸铁锂。例如，公开号为CN102208707A的专利提出了利用锂源溶液或悬浮液与回收的废旧磷酸铁锂电池材料水热反应或溶剂热反应生成磷酸铁锂，或将回收的废旧磷酸铁锂电池材料与锂源固相球磨煅烧，对缺锂态的废旧磷酸铁锂进行液相或固相直接补锂修复，之后再进行包覆导电剂或包覆导电剂并掺杂金属离子有针对性地修复再生。该方法优势在于工艺流程十分简单，但仍存在着夹带部分粘结剂、电解液杂质以及被破坏的磷酸铁锂结构修复不完全等问题。

其二是分别以磷酸铁和碳酸锂的形式回收锂、铁、磷，再通过碳热还原法重新制备磷酸铁锂。例如，公开号为CN104953200A的专利将正极片破碎后用酸溶解，之后加碱液调整pH沉淀铁，固液分离后得到磷酸铁和含锂溶液。在锂溶液中加入碳酸钠得到碳酸锂产品，之后将得到的磷酸铁、碳酸锂和碳源还原剂混合、煅烧得到磷酸铁锂正极材料。该方法实现了废旧磷酸铁锂电池的高附加值回收及利用。但缺点在于工艺流程长，同时正极废料中不可避免地会存在铝、铜等杂质，但该方法未涉及具体的净化工艺。

发明内容

为解决现有回收磷酸铁锂电池工艺繁琐复杂、工艺成本较高、物相均一性差等问题，本发明提供了一种废旧锂离子电池循环利用制备磷酸铁锂正极材料的方法，旨在简单、有效实现磷酸铁锂的再生。具体实施方案如下：

一种废旧磷酸铁锂电池循环利用制备磷酸铁锂正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)废旧磷酸铁锂电池经盐水浸泡、充分放电后拆解，得到正负极极片；

(2)将极片破碎后，首先进行冷冻，再用沸水浸泡，冷冻温度-40～-5℃，冷冻时间为5～60min，沸水浸泡时间5～30min；

(3)将沸水浸泡后的电池碎料烘干，进行振动筛分，筛分后筛下物为正、负极活性物质，筛上物为铜、铝箔碎片；铜铝箔另行处理回收；

(4)对步骤(3)分选出的活性物质进行真空焙烧或在保护性气体下焙烧，以脱除其中的粘结剂、电解液；

(5)对步骤(4)焙烧后的活性物质进行酸浸出，酸浓度为2～5mol/L，还原剂加入摩尔量与原料中铁摩尔量之比为1:50～1:10，浸出时间为0.5～4h，液固比为1:1～10:1，浸出温度为10～90℃，得到含有Li、Fe、P的溶液及不溶渣，不溶渣为含碳富集物另行回收；

(6)在酸浸液中加入碱性物质调整pH为0～3后加入硫化剂除杂质铜，继续加入碱性物质调节pH为3～5使铝以磷酸铝形式除去；