[发明专利]一种含铜、铝、石墨的磷酸铁锂正极粉氧化提锂后渣制备电池级磷酸铁的方法

说明书

本发明属于新能源锂电池材料技术领域，本发明公开了一种含铜、铝、石墨的磷酸铁锂正极粉氧化提锂后渣制备电池级磷酸铁的方法，通过对磷酸铁锂正极粉氧化提锂后渣进行酸溶，然后分别使用硫化钠与硅酸钠在一定条件下进行沉淀反应除去铜铝等金属杂质以及负极石墨，以达到净化磷酸铁溶液的目的，最后再通过调节pH值及分段加热使磷酸铁缓慢沉淀，得到电池级磷酸铁。该方法工艺简单、成本低、转化率高、产品物性稳定纯度高，可作为原材料直接用于磷酸铁锂的制备，实现了磷酸铁锂正极材料的资源化循环利用。

技术领域

本发明属于新能源锂电池材料技术领域，提供了一种含铜、铝、石墨的磷酸铁锂正极粉氧化提锂后渣制备电池级磷酸铁的方法。

背景技术

磷酸铁锂电池是目前新能源电池行业的主流电池之一，具有安全性高、循环寿命长、成本低等优点，一直是电动商用车和储能领域的首要选择。相对于三元锂电池而言，虽然磷酸铁锂电池的能量密度低，但因其安全性和成本的优势，磷酸铁锂电池在市场上的占有率已经超过三元电池。

在磷酸铁锂电池广泛应用的同时，随着时间的增长，不可避免的出现大量磷酸铁锂电池面临退役与报废处理的情况，而目前磷酸铁锂电池因其经济价值的问题基本以回收锂元素为主，铁磷组分尚未得到有效的回收造成了资源的浪费。中国发明专利CN112499609 A公开了一种废磷酸铁正极粉锂提锂渣制备磷酸铁的方法，该方法先将磷酸铁锂正极粉提锂渣在酸性条件下溶解，再将溶液加热并加入沉淀助剂使磷酸铁沉淀析出并分离得到磷酸铁，由于磷酸铁锂电池废料成分波动大，同时又需加入沉淀助剂与磷酸，再生的磷酸铁材料纯度低，单位工艺成本高。中国发明专利CN 103280610 A公开了一种磷酸铁锂正极片的回收方法，该方法使用浓碱处理磷酸铁锂正极片，得到含锂溶液和含磷酸铁的滤渣，含锂溶液进行沉锂处理，磷酸铁滤渣使用酸溶再过滤分离出炭黑等杂质。该方法酸碱消耗量大，回收的碳酸锂与磷酸铁材料纯度低，并伴有大量的废水及废渣，不适合大规模磷酸铁锂废料的回收利用。

因此，开发一种简单、高效、环保的磷酸铁锂电池废料的资源化综合回收工艺，具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种简单、高效、环保的含铜、铝、石墨的磷酸铁锂正极粉氧化提锂后渣制备电池级磷酸铁的方法。鉴于磷酸铁锂正极粉氧化提锂步骤中不可避免的会造成一部分铁元素的浸出以及铜铝等元素的掺杂，本发明通过对磷酸铁锂正极粉氧化提锂后渣进行酸溶后以硫化钠与硅酸钠来沉淀铜铝，补入缺失铁元素后再以分段加热的方式使磷酸铁缓慢沉淀，再进行热过滤，从而分离出高纯度的电池级磷酸铁。该方法能耗低、辅材加入量少、成本低、工艺简单，可实现磷酸铁锂废料的资源化循环利用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种含铜、铝、石墨的磷酸铁锂正极粉氧化提锂后渣制备电池级磷酸铁的方法，包括如下步骤：

(1)将含铜、铝、石墨的磷酸铁锂正极粉氧化提锂后渣于酸溶液中充分溶解，得到混合浆液；

(2)在所述混合浆液中加入硫化钠进行铜沉淀反应，然后加入硅酸钠进行铝沉淀反应，过滤后，得到除铜铝石墨后溶液；

(3)向所述除铜铝石墨后溶液中补加铁源，所得溶液加入稀碱液调节pH至酸性，然后以分段加热方式沉淀磷酸铁，再进行热过滤、洗涤与干燥，得到电池级磷酸铁。

本发明所使用的原料为废磷酸铁锂粉末提取锂元素后的含磷酸铁的废渣，其中含有少量正负极片破碎后的铜粉、铝粉及负极石墨渣，此废渣经济效益低，使用大量碱液除铝，成本高，废水处理难度大。本发明所使用的方法是将除石墨外的磷酸铁、铜、铝先进行溶解，此时铜铝元素均作为离子状态溶于水溶液中，再加辅料分别沉淀铜铝元素，不会产生大量废水，使用的辅料量少，各处理步骤耗时短，经济环保。同时，本发明在沉淀磷酸铁时创造性的采用分段加热沉淀热过滤的方法，提升了磷酸铁的回收率。