[发明专利]一种从废旧磷酸铁锂电池中制备电池级磷酸铁的方法

说明书

本发明公开了一种从废旧磷酸铁锂电池中制备电池级磷酸铁的方法，涉及电池回收技术领域。该方法通过电池拆解和分离、碱浸、酸浸、氧化、沉淀以及煅烧可制备得到无水电池级磷酸铁。其有益效果是：通过碱浸后再进行酸浸和沉淀，可去除磷酸铁锂中铝等杂质，提高磷酸铁的纯度；且碱浸出液、富锂溶液可重复利用，可降低回收成本；富锂溶液重复补酸后再浸出新滤渣，可提高溶液中锂的浓度和锂的回收率，降低锂回收成本；且沉淀终点pH值较低(1.0～2.5)可降低氢氧化铁生成的趋势，和沉淀反应结束进行的陈化过程，均可提高磷酸铁的纯度，得到的磷酸铁符合行业使用标准；整个工艺均在较低温度下进行，可减缓溶液对设备的腐蚀，降低能耗与回收成本。

技术领域

本发明涉及电池回收技术领域，且特别涉及一种从废旧磷酸铁锂电池中制备电池级磷酸铁的方法。

背景技术

由于磷酸铁锂动力电池具有循环寿命长、安全性能好等优点，因此近年来在各种电动汽车和储能领域上应用广泛。特别是近年来受新能源汽车以及储能锂电池带动，磷酸铁锂销量大幅增长，大量生产的背后意味着每年都会有大量的废弃磷酸铁锂电池的产生。新能源汽车行业目前和未来3～5年仍将处于高速发展的阶段，估计到2020年锂电池报废量将达50万吨，到2023年将达116万吨，按磷酸铁锂电池的装机量约占整体锂电池总量的1/3计算，未来几年我国将产生约20～40万吨的废磷酸铁锂电池，将会对环境造成较大的污染。因此，对废旧磷酸铁锂电池进行回收及再利用刻不容缓。

废旧磷酸铁锂电池中Li含量低而Fe、P含量高，Li回收价值高而Fe和P的回收价值低。废旧磷酸铁锂电池中Li回收的主要技术是将拆解得到的磷酸铁锂粉末经硫酸浸出后得到含锂溶液(磷铁锂混合溶液)，提纯后通过添加过量碳酸钠至饱和制得高纯碳酸锂，该回收技术已经相当成熟。综合考虑Li、Fe、P的回收成本和产品的经济效益，若从该技术中(磷酸铁锂粉末在酸浸出过程中，Li、Fe、P均进入到浸出液中，得到磷铁锂混合溶液)将Fe、P元素以磷酸铁形式回收直接得到电池级磷酸铁，可使Fe和P的回收价值增加，同时磷酸铁沉淀后的溶液循环利用，可以富集锂元素，使总回收成本下降，总经济效益增加。但是从该技术中直接制备电池级磷酸铁存在以下难题：Fe(OH)₃的溶度积常数为4.0×10^-38远低于FePO₄的溶度积常数1.3×10^-22，使磷铁锂混合溶液中的Fe更倾向于生成Fe(OH)₃，Fe(OH)₃生成的量随沉淀终点pH值和反应温度升高而增加，因此得到的磷酸铁纯度低，不能直接应用于磷酸铁锂电池中的正极材料。

中国专利CN107739830A提供了一种从磷酸铁锂电池中回收得到磷酸铁和磷酸锂的方法，磷酸铁锂正极片先碱浸再酸浸，酸浸终点pH为2.5～6.5，沉淀得到磷酸铁。然而，酸浸出过程，原料中的铁元素会不可避免的先溶解于酸中，然后随浸出过程的pH升高再次生成磷酸铁和氢氧化铁，且终点pH值越高生成的氢氧化铁的量也越多，而其它杂质如Ni、Zn等进入到沉淀中的量也越多，得到的磷酸铁纯度低，使磷酸铁经济价值降低。

中国专利CN106684485A提供了一种酸浸法回收废旧磷酸铁锂正极材料的方法：废旧磷酸铁锂正极材料酸浸后，通过添加氧化剂、再调节pH值得到磷酸铁。但该工艺均在较高的温度下进行(浸出温度25～95℃，氧化温度40～60℃，磷酸铁沉淀温度为60～95℃)，能耗高造成回收成本增加，同时对设备的要求更高；在温度为60～95℃下控制pH为1.5～4得到的磷酸铁含有少量的氢氧化铁，煅烧后氢氧化铁分解成三氧化二铁，影响磷酸铁的纯度，降低产品的经济价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从废旧磷酸铁锂电池中制备电池级磷酸铁的方法，该方法工艺流程简单，工艺条件可控，生产成本低廉，可以充分回收电池中的P、Fe资源，得到附加价值高的电池级磷酸铁，同时可有效富集锂元素。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。