[发明专利]一种利用磷酸铁锂电池正负极废粉制备电池级碳酸锂和电池级磷酸铁的方法

说明书

本发明提供了一种利用磷酸铁锂电池正负极废粉制备电池级碳酸锂和电池级磷酸铁的方法，具体为：将磷酸铁锂正负极废粉和水混合制成料浆，加热，加入无机酸、氧化剂和调整剂A，进行反应，经过滤、洗涤得到含锂溶液和磷铁渣；对含锂溶液进行深度除杂，采用得到的高浓度锂溶液作为原料制备电池级碳酸锂产品；将磷铁渣和水混合制成料浆，加热，再加入无机酸、氧化剂和调整剂B，进行反应，经过滤、洗涤得到磷铁溶液；对磷铁溶液进行深度除杂，采用得到的高纯度磷铁溶液作为原料制备电池级磷酸铁产品。该方法达到了高效综合回收利用锂、铁、磷的目标，且可操作性强，既能提高回收磷酸铁锂电池废粉的经济效益，又能解决环保难题，适于大规模化生产。

技术领域

本发明属于二次资源综合利用技术领域，尤其涉及一种利用磷酸铁锂电池正负极废粉制备电池级碳酸锂和电池级磷酸铁的方法。

背景技术

近年来，随着世界能源紧张局势的不断恶化，国内外都通过政策引导及发放补贴来大力扶持本国新能源汽车产业发展，尤其是我国针对新能源汽车产业的扶持政策，旨在通过新能源汽车实现汽车制造业弯道超车产业提升，因此近年来我国新能源汽车销量得到了大幅提升。2017年我国新能源汽车全年累计总销77.7万辆，同比增长53％；其中，纯电动全年累计销量65.2万辆，插电式混动全年累计12.5万辆。国内新能源汽车的销量预计将在2020年超过200万辆，未来销量的年同比增速将超过40％。目前我国新能源汽车多采用磷酸铁锂、三元、锰酸锂、钴酸锂类锂电池作为动力电池，而锂电池在循环过程中容量会衰减，未来两到三年内将有大批量动力锂电池进入退役期。

废弃的动力锂电池主要是早期应用量巨大的磷酸铁锂电池，传统工艺是采用硫酸等无机酸先将Li、Fe和PO₄^3-全部浸出到溶液中，然后加氧化剂氧化，再加入碱调整pH值沉淀Fe和PO₄^3-，最后得到含Li溶液和磷铁渣。此工艺缺点是药剂消耗大、成本高、基本无利可图；沉淀渣并不是单纯的磷酸铁，还有氢氧化铁等，导致固液分离、洗涤困难，渣中锂损失大；此外该工艺还产生大量含磷铁的废渣有待处理。中国专利申请CN105937038A提供了一种电化学法回收磷酸铁锂中的锂的方法，该方法将磷酸铁锂作为正极，金属或碳类电极做负极，水性溶液作为电解液，采用电化学方式使锂离子进入电解质水溶液中。该方法需要将磷酸铁锂废粉重新涂布，在二次资源综合利用行业推广的应用前景不大。

中国专利申请CN106340692A提出一种使用H₃PO₄-H₂O₂体系处理失效磷酸铁锂正极材料的方法，当体系pH在2.0-4.5时，锂以磷酸二氢锂的形式选择性溶出。此方法的缺点是不能直接得到碳酸锂，浸出渣含碳高，产品不能直接应用于电池正极材料生产。

中国专利申请CN106910959A提出一种从磷酸铁锂废料中选择性回收锂的方法，该体系采用磷酸铁锂废料加氧化剂制浆，同时加酸调节pH值，控制pH值2-11，实现锂的选择性浸出；其所用的氧化剂是过硫酸盐、臭氧、氧气、次氯酸盐和过氧化氢。该方法先添加氧化剂制浆，再加酸调值，所得滤渣过滤效果差、洗涤难，锂的回收率低，并且产生大量含磷铁的废渣。

中国专利申请CN109179358A、CN106684485A、CN108899601A公开的方法大同小异，都是先将磷酸铁锂废粉酸溶得到锂离子和亚铁离子的混合溶液，然后加氧化剂氧化亚铁离子得到锂离子和铁离子的混合溶液，再加入碱(如氢氧化钠)制备磷酸铁，固液分离后从富锂溶液中回收碳酸锂。该类工艺的最大问题是制备磷酸铁后的富锂溶液中锂离子浓度不高，碱金属(如钠)离子浓度超高，进一步制备碳酸锂前需要浓缩脱钠，在此过程锂以复盐的形式大量损失于硫酸盐中，实际产品碳酸锂中锂的回收率低于75％。

发明内容