[發明專利]一種廢舊磷酸鐵鋰/磷酸鐵鈉電池正極材料的高值化回收方法

在審

• 申請號: 202211296996.6
• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115893345A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 袁浩然;程磊磊;顧菁;吳玉鋒;王亞琢;陳勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所;南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）
• 主分類號: C01B25/37
• 分類號: C01B25/37;C01B25/45;C01D15/08;C01F7/56;C01G49/10;H01M10/54
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 方燕;莫瑤江

1.一種廢舊磷酸鐵鋰/磷酸鐵鈉電池正極材料的高值化回收方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將廢舊磷酸鐵鋰電池/磷酸鐵鈉電池包經拆解、放電后，分選得到正極極片和集流體，將正極極片和集流體粉碎，粉碎得到的廢料粉末與氯化試劑在惰性氣氛內進行焙燒，得到含有鋰離子、磷酸根離子的焙燒殘渣和含有氯化鋁、氯化鐵、氯化亞鐵的焙燒蒸氣；

(2)將步驟(1)所得焙燒蒸氣經蒸汽煅燒后得到氧化鐵和氧化鋁混合的復合型載氧體，生成的HCl作為步驟(1)的氯化試劑循環使用，或者焙燒蒸氣在特定溫度區間內冷凝獲得分離的氯化鋁、氯化鐵和氯化亞鐵；

(3)步驟(1)待處理的正極材料為磷酸鐵鋰電池時，步驟(1)獲得的焙燒殘渣溶于水后，過濾獲得第一濾液和第一浸出渣，第一濾液加入碳酸鈉沉淀劑得到包含碳酸鋰沉淀的溶液，將溶液過濾獲得沉淀碳酸鋰進行回收，在過濾掉碳酸鋰沉淀的溶液內加入氯化鐵沉淀劑，生成磷酸鐵沉淀，磷酸鐵與碳酸鋰混合制備再生磷酸鐵鋰正極材料；

或者步驟(1)待處理的正極材料為磷酸鐵鈉電池時，步驟(1)獲得的焙燒殘渣溶于水后，過濾獲得第二濾液和第二浸出渣，第二濾液加入氯化鐵沉淀劑，生成磷酸鐵沉淀，磷酸鐵經過濾回收，作為正極制造材料備用。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述的焙燒溫度為550℃～900℃，焙燒時間為1～3.5h。

3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述的氯化試劑為氯化氫，HCl摩爾量與廢料粉末中鐵和鋁元素總摩爾量比值為4-6:1。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述的焙燒蒸氣經蒸汽煅燒后得到氧化鐵和氧化鋁混合的復合型載氧體的蒸汽煅燒具體條件為：蒸汽煅燒氣氛為O₂與H₂O的摩爾比為1：2.5-3.5的混合氣氛，煅燒溫度850℃-1200℃，煅燒時間0.5-1.5h。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述的焙燒蒸氣在特定溫度區間內冷凝獲得分離的氯化鋁、氯化鐵和氯化亞鐵具體步驟為：焙燒蒸氣在60℃～150℃冷凝區間內收集氯化鋁，在280℃～550℃冷凝區間內收集氯化鐵和氯化亞鐵。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將步驟(3)所述的待處理的正極材料為磷酸鐵鋰電池時，步驟(1)獲得的焙燒殘渣溶于水后，過濾獲得第一濾液和第一浸出渣具體步驟為：步驟(1)獲得的焙燒殘渣溶于水后，焙燒殘渣與水的質量比為1：3～6，充分攪拌，浸出過程控制溶液的終點pH為7-8，浸出結束后過濾獲得第一濾液和第一浸出渣。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將步驟(3)所述的待處理的正極材料為磷酸鐵鈉電池時，步驟(1)獲得的焙燒殘渣溶于水后，過濾獲得第二濾液和第二浸出渣具體步驟為：步驟(1)獲得的焙燒殘渣溶于水后，焙燒殘渣與水的質量比為1：3～6，充分攪拌，浸出過程控制溶液的終點pH為7-8，浸出結束后過濾獲得第二濾液和第二浸出渣。

8.根據權利要求6或7所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述的第一浸出渣或第二浸出渣經高溫還原反應后得到電極材料。

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述的高溫還原反應的反應溫度為500℃～550℃，反應時間為2.5-5.0h，還原氣氛氫氣濃度為15-50vol.％。