[发明专利]一种磷酸铁锂废极片分离并脱杂再生的方法

说明书

本发明提供一种磷酸铁锂废极片分离并脱杂再生的方法，包括先将磷酸铁锂废极片打磨粉碎和筛分，获得铝含量质量百分比低于0.2%的磷酸铁锂废粉和铝粒，再将所得磷酸铁锂废粉和氧化锌（优选活性氧化锌）混合，在650～675℃进行负压焙烧，脱除PVDF、F、脱磁和脱碳，得到Al、F含量很低的三氧化二铁和磷酸三价铁锂混合物，再以三氧化二铁和磷酸三价铁锂混合物为原料修复得到磷酸铁锂。该方法不仅工艺简单、流程短、能耗低、绿色环保、生产成本低，符合国家的双碳政策，而且制得的磷酸铁锂正极材料杂质含量低、压实密度高、结晶度好，倍率性能优越，产品一致性能好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种磷酸铁锂废极片分离并脱杂再生的方法。

背景技术

磷酸铁锂(LiFePO₄，简称LFP）作为锂离子电池正极材料，其理论比容量为170mAh·g-1，实际比容量超140mAh·g-1（0.2C，25℃），具有价低、热稳定好的优点，且环保、安全性高和优越的循环性能。

随着磷酸铁锂电池在新能源汽车上的用量逐年增大，因电池寿命有限，报废的磷酸铁锂电池数量也将逐年增加，同样制备电池过程中产生的磷酸铁锂正极片也会增加，如果将这些报废电池和正极片直接丢弃，不仅污染环境，同样是巨大的资源浪费。因此，报废磷酸铁锂电池和正极片的回收意义重大，而回收的关键步骤是使磷酸铁锂正极废片中的铁锂正极材料与铝箔的有效分离并对磷酸铁锂粉料脱杂，并对脱杂后的磷酸铁锂粉料直接修复再生。

目前常见废旧磷酸铁锂正极材料的分离方法主要有高温法和液相法，其中高温法操作简单，易于实现大规模生产应用，一般是在空气或氮气等保护气氛等条件下，将正极片加热到300-600℃，使粘结剂分解失效，大部分磷酸铁锂从铝箔上分离，再利用振动筛分或利用水等手段把正极材料和铝箔分离，得到磷酸铁锂粉料杂质含量相对较高，难以获得高纯度的磷酸铁锂，对正极材料的高值化利用会造成困难。液相法主要采用有机溶剂将极片中的粘结剂部分溶解，从而使正极材料从铝箔上脱落，但有机溶剂成本高，污染大，难于大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之不足，提供一种磷酸铁锂废极片分离并脱杂再生的方法，该制备方法只通过简单的摩擦破碎、焙烧脱氟、配料和修复制备磷酸铁锂正极材料的过程就可以制得磷酸铁锂正极材料，铝箔通过二道磨，得到含铝大于92%的铝粒；工艺简单，流程短，生产成本低，制得的磷酸铁锂正极材料杂质含量低、压实密度高、结晶度好，倍率性能优越，且产品一致性能好。

考虑到磷酸铁锂中有价金属较少，目前研究者已经通过修复再生的方法循环利用废极片上剥离出来的磷酸铁锂粉料，这种方法确实可修复得到磷酸铁锂产品，废极片中因涂布过程中使用PVDF，导致分离得到的磷酸铁锂废粉中含有一定量的F，特别是循环使用过的报废电池拆分出来的废极片，通过分离出来的磷酸铁锂废粉中F含量超过5%，这么高的杂质元素F无法脱除，修复得到的产品性能受到一定影响。

经发明人研究发现，在现有高温法分离处理废旧磷酸铁锂废极片或对废极片直接打粉工艺的基础上稍作改进，即使先将正极材料与铝箔分离，再进行热解除去粘结剂，分离得到的磷酸铁锂粉末中Al和F等杂质的含量仍然较高，特别是报废电池上拆分出来的废极片杂质含量更高；经分析和研究发现在热解过程中粘结剂分离出来的氟化物会与铝或磷酸铁锂反应，生成氟化铝和氟化锂进入正极材料中，且由于现有技术中将正极材料与铝箔分离时，工艺和参数控制不到位，导致磷酸铁锂粉末中Al含量较高，目前市场上磷酸铁锂废极粉中铝含量一般超过0.5%。

为实现以上目标和解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种磷酸铁锂废极片分离并脱杂再生的方法，包括以下步骤：

（1）将磷酸铁锂废极片进行打磨粉碎、筛分，将磷酸铁锂粉料的粒径控制为115～120目，得到铝含量低于0.2wt.%的磷酸铁锂废粉和铝粒；