[发明专利]废旧磷酸铁锂电池中制备电池级磷酸铁和工业级磷酸锂的方法

说明书

本发明属于废旧锂离子动力电池回收综合利用技术领域，具体涉及一种废旧磷酸铁锂电池中制备电池级磷酸铁和工业级磷酸锂的方法，包括：将电池拆解的废旧磷酸铁锂正极片低温焙烧处理后得到磷酸铁锂粉末；将粉末和铁源材料混合，加入磷酸和双氧水的混合溶液加热反应得到电池级磷酸铁沉淀和含锂滤液；将含锂滤液蒸发浓缩后加入碱性溶液除杂后生成工业级磷酸锂沉淀；将沉淀磷酸锂后的滤液加入沉淀剂生成少量磷酸钙沉淀，过滤液浓缩返回循环利用；该方法通过磷酸处理废旧磷酸铁锂和铁源材料，以生成更多工业上高附加值的磷酸铁和磷酸锂的方式高效回收了磷酸铁锂中铁，锂有价金属材料，而且过程绿色环保，成本低廉。

技术领域

本发明属于废旧锂离子动力电池回收综合利用技术领域，具体涉及一种废旧磷酸铁锂电池中制备电池级磷酸铁和工业级磷酸锂的方法。

背景技术

近年来，随着新能源汽车不断得到重视和发展，替代传统汽车已经成为必然的趋势。2018年，我国的新能源电动汽车的全年销售量超过200万辆，同比增长722％。新能源汽车创造绿色出行的同时，也带来相应的难题，作为新能源汽车“心脏”的锂离子动力电池的寿命只有平均5年，而到2020年，我国电动汽车动力电池累计报废量将达12万-17万吨的规模。而由于锂离子动力电池复杂的结构，回收的高成本，工艺的不完善，回收利用一直处于低迷状态。

目前酸溶法是主要的回收磷酸铁锂中有价金属材料的方法之一，如专利201710657055.3公开了一种废旧磷酸铁锂正极材料的回收方法，具体步骤如下：磷酸铁锂正极材料进行预处理将正极中的有机物挥发；所得磷酸铁锂原料中添加分解促进剂，经硫酸化焙烧后直接用水浸出；用碱液调节pH值沉淀出磷酸铁，精制后得到电池级磷酸铁产品，滤液采用碳酸钠沉淀得到碳酸锂产品。该过程虽然过程不用加氧化剂，但是加入了大量的碱性溶液和浓硫酸溶液，硫酸利用率低，硫酸以硫酸钠形式回收需要消耗大量的能源，回收成本高。

磷酸锂作为一种无色斜方结晶或白色结晶物质广泛应用于生产彩色荧光粉、特种玻璃、光盘材料等领域。工业生产一般采用碳酸锂为原料，与磷酸或磷酸盐反应制得磷酸锂，因此在相同锂量前提下价格比碳酸锂贵很多。如专利201610295111.9公开了一种回收碳酸锂沉锂母液中锂为高纯磷酸锂的方法，包括以下步骤：(1)除碳酸根：向碳酸锂制备时产生的沉锂母液中加入无机酸调节pH值至5-5.5，升温至70-78℃后搅拌20-30分钟，使沉锂母液中的二氧化碳充分挥发；(2)络合钙镁：向步骤(1)处理后的沉锂母液中加入氢氧化钠调节pH值至12.5-13，然后再加入EDTA，搅拌20-30分钟充分络合母液中的钙镁；(3)沉淀高纯磷酸锂：向步骤(2)处理后的沉锂母液中加入磷酸锂晶种，升温维持70-78℃连续搅拌状态下加入磷酸钠进行沉磷酸锂反应，磷酸钠加入的摩尔量为沉锂母液中锂摩尔量的三分之一，并控制在40-90分钟完成加入，然后继续维持70-78℃搅拌20-25分钟，进行固液分离和洗涤，得到湿的高纯磷酸锂固体；(4)烘干：将步骤(3)得到的磷酸锂固体在150-200℃温度下烘干，得到高纯磷酸锂产品。该方法制备磷酸锂过程繁琐，成本高，不利于实际工业化生产。

因此，研究开发新型的回收技术，提高原料的利用率，尽可能得到更多高附加值产品的同时降低回收的成本是回收废旧磷酸铁锂电池材料遇到的巨大挑战。

目前，尚未见到有公开文献采用磷酸溶解法高效回收废旧磷酸铁锂正极片制备电池级磷酸铁以及工业级磷酸锂产品的相关报道。

发明内容

为了满足废旧磷酸铁锂电池材料回收过程中低成本和高环保的要求，本发明通过磷酸溶液溶解磷酸铁锂和铁源材料，在制备更多电池级磷酸铁的同时为滤液沉锂提供了较纯净的溶液，并且充分利用滤液中的磷酸根制备工业级磷酸锂，浸出液通过沉淀剂除杂得到循环利用，整个过程充分实现了低成本高环保的要求。

本发明提供了一种废旧磷酸铁锂电池中制备电池级磷酸铁和工业级磷酸锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将废旧磷酸铁锂电池拆解的正极片低温焙烧，粉碎筛分除去铝片，得到磷酸铁锂粉末；