[發(fā)明專利]一種從廢棄磷酸鐵渣中回收電池級磷酸鐵的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010953651.8
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112047319A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊利明;馮裕發(fā);羅旭彪;邵鵬輝;石慧;喻愷;王超強;章小明;謝紹忠;彭愛平
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37;H01M10/54
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所 23109
• 代理人: 李紅媛

一種從廢棄磷酸鐵渣中回收電池級磷酸鐵的方法，涉及一種回收電池級磷酸鐵的方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的濕法冶金回收磷酸鐵鋰后剩余的磷酸鐵渣中Cu和Ni雜質(zhì)金屬含量較高，晶型雜亂，還需進一步處理的技術(shù)問題。本發(fā)明將廢棄磷酸鐵渣用無機酸浸出，再進行煅燒，最后得到電池級磷酸鐵用來重新制備磷酸鐵鋰。本發(fā)明通過尋找適合的無機酸種類、陳化時間、濃度和煅燒溫度等，從而去除其中大量的雜質(zhì)金屬，使其磷酸鐵晶型得到恢復(fù)。本發(fā)明通過對廢棄磷酸鐵渣進行安全有效的資源化回收處理，在實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的同時還能獲得顯著的經(jīng)濟效益，這對于即將到來的磷酸鐵鋰電池井噴式退役回收具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種回收電池級磷酸鐵的方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為一種高性能的可充綠色電源，近年來已在各種便攜式電子產(chǎn)品、通訊工具和電動汽車中得到廣泛應(yīng)用。其中新能源汽車的電池一般采用NCM三元電池和磷酸鐵鋰電池。通常磷酸鐵鋰電池的工作壽命為5年～8年，達到壽命后將不可避免的退役或報廢。自2015年開始，新能源汽車開始逐漸普及，因此2020年左右迎來首批電池退役潮。根據(jù)中國汽車技術(shù)研究中心(CATARC)的數(shù)據(jù)，2015年中國動力電池的銷售量達到15.7GWh，其中磷酸鐵鋰電池占69％。如果廢舊磷酸鐵鋰不進行處理而直接丟棄的話，極易在環(huán)境中發(fā)生反應(yīng)，最后對土壤、水源等造成重金屬污染；電解質(zhì)溶劑及其分解和水解產(chǎn)物會引發(fā)醛、酮、甲醇等有機物污染；隔膜材料會造成有機物污染；粘結(jié)劑受熱分解產(chǎn)生HF和氟污染。這些都會嚴重威脅環(huán)境和人類的健康。磷酸鐵鋰電池中鋰含量達到1.1％，顯著高于我國開發(fā)利用的鋰礦，如果能將廢電池回收再利用，不僅可以減少對我們生態(tài)環(huán)境的破壞，而且也是對資源的節(jié)約。

在眾多鋰電池正極材料中，磷酸鐵鋰由于材料來源廣泛、價格便宜、理論比容量高(170mAh/g)、熱穩(wěn)定性好、對環(huán)境友好等優(yōu)點，其市場份額在不斷提高，退役量也在激增。常規(guī)退役磷酸鐵鋰電池回收方法有火法冶金和濕法冶金，兩種方法各有優(yōu)缺點：火法冶金對電池分類要求低，甚至可以不要求拆解等預(yù)處理，但耗能大，且最后回收得到的產(chǎn)品中雜質(zhì)較多，導致制備成磷酸鐵鋰的性能不穩(wěn)定。濕法冶金方法可以回收大部分貴金屬Li，但是會剩余大量的磷酸鐵渣。其中濕法冶金比較典型的工藝就是將價格昂貴的鋰選擇性提取，剩余磷酸鐵渣。由于其中含有如Cu、Ni等雜質(zhì)金屬且含量較高，造成磷酸鐵晶型雜亂，沒有任何價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的濕法冶金回收磷酸鐵鋰后剩余的磷酸鐵渣中Cu和Ni雜質(zhì)金屬含量較高，晶型雜亂，還需進一步處理的技術(shù)問題，而提供一種從廢棄磷酸鐵渣中回收電池級磷酸鐵的方法。

本發(fā)明的廢棄磷酸鐵渣中回收電池級磷酸鐵的方法是按以下步驟進行的：

一、將待處理的磷酸鐵渣倒入單頸燒瓶中，加入無機酸溶液浸沒待處理的磷酸鐵渣，然后密封；所述的待處理的磷酸鐵渣為濕法冶金回收磷酸鐵鋰后剩余的磷酸鐵渣；

二、將單頸燒瓶固定在恒溫油浴鍋中，在溫度為40℃～180℃和攪拌的條件下保溫1h～10h，加熱結(jié)束后，取出單頸燒瓶，自然靜置冷卻至室溫，固液分離，烘干固體殘渣；

三、將步驟二烘干后得到的樣品放入石英坩堝中，置于管式爐內(nèi)，在溫度為200℃～1200℃的條件下加熱1h～10h，得到電池級磷酸鐵。

本發(fā)明中所述的待處理的磷酸鐵渣中的雜質(zhì)金屬元素有Cu、Ni等。

本發(fā)明的設(shè)計原理：待處理的磷酸鐵渣中含有無定形的磷酸鐵和多種雜質(zhì)金屬，雜質(zhì)金屬會溶解于無機酸中，無定形磷酸鐵由于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固，會有部分溶出，但根據(jù)熱力學平衡原理，在適合的pH條件下，溶于的Fe³⁺與PO₄^2-會自發(fā)生成磷酸鐵；

步驟三中的煅燒可以使磷酸鐵的衍射峰變得尖銳，半峰寬變窄，使其與純相磷酸鐵的標準卡片(77-0094)相吻合。這主要是因為煅燒過程無定形的磷酸鐵發(fā)生二次結(jié)晶，轉(zhuǎn)化為α-石英型；其次，煅燒有助于磷酸鐵的形貌規(guī)整，粒徑均勻。