[发明专利]一种萃取法分离回收废旧磷酸铁锂电池正极材料酸浸出液中铝的方法

说明书

本发明公开了一种萃取法分离回收废旧磷酸铁锂电池正极材料酸浸出液中铝的方法，该方法是废旧磷酸铁锂电池正极材料酸性浸出液采用含有长链烷基膦酸萃取剂的有机相进行萃取三价铝离子，萃取有机相经过硫酸‑硫酸钾混合溶液进行反萃取，得到硫酸铝钾溶液，萃余液为含二价铁离子和锂离子的溶液。该方法充分利用溶液体系中Al³⁺的电荷数要高于Fe²⁺和Li⁺的特性，通过选择带有长链烷基的膦酸萃取剂对溶液体系中的Al³⁺进行选择性萃取分离，Fe²⁺和Li⁺留在浸出液中，奠定了再合成磷酸铁锂电池材料的基础，同时实现了溶液体系中Al³⁺的分离与再利用。

技术领域

本发明涉及一种从废旧磷酸铁锂电池正极材料酸浸出液中分离铝的方法，特别涉及一种利用萃取法分离废旧磷酸铁锂电池正极材料酸浸出液中铝的方法，属于废旧锂离子电池回收和冶金环境工程技术领域。

背景技术

锂离子电池(Lithium-ion batteries,LIBs)由于具有能量密度高、平均输出电压高、无记忆效应、可快速充电和温度范围宽等优良特性被广泛应用于新能源汽车、信息家电及基站储能等领域。锂离子电池主要分为钴酸锂电池、镍钴锰三元电池及磷酸铁锂电池(Lithium iron phosphate,LFP)这三类。据统计，锂离子电池的生产量已经从2015年的56亿只增加至2019年的154亿只。相关统计和模型预测结果显示在2023年我国锂离子电池的产量将会达到283亿只。其中，LFP电池由于其高的放电比容量、稳定的放电能力、较好的循环性能、较强的热稳定性、无记忆效应及价格低廉等显著优势而被市场日益重视。但是，LFP电池的使用周期一般是5～8年，当剩余容量为80％需退役，60％则需要彻底报废。接下来的两年是我国首波投入新能源汽车领域的磷酸铁锂动力电池的退役高峰期。中华人民共和国工业和信息化部明确指出我国新能源汽车废旧动力电池的再生利用已经初具规模，但LFP电池的再利用面临经济性差的问题，遏制了其蓬勃发展。因此，绿色经济地实现废旧LFP电池材料的全组分回收再利用是实现电池行业可持续发展的必然要求。

LFP电池是由金属外壳、有机电解液、隔膜及正负极材料组成。铝箔与电池正极相连，铜箔与电池负极相连。湿法工艺是目前回收废旧LFP电池材料的主流技术，其流程是基于对废旧LFP电池进行放电、拆解及分选的基础上，利用各种无机酸或有机酸浸出LFP正极材料中的部分或全部有价金属，再通过后续的分离与合成实现磷酸铁锂电池的再生利用。现有选择性回收锂的工艺已经相当成熟，但现阶段的技术无法实现分选过程中集流体铝箔与LFP正极材料的完全分离。再者，由于橄榄石结构的磷酸铁锂是十分稳定的，所以活泼金属铝与酸的反应要快于磷酸铁锂粉料的浸出过程。故而酸浸出LFP正极材料的过程中铝会全部溶出，从而进入到利用酸浸出液所合成的磷酸铁锂前驱体—水合磷酸铁产品中，铝的引入会显著降低再生LFP电池的电池容量，影响电池的电化学性能，造成废料中的铁和磷难以被有效地高值化利用。因此，在对废旧LFP电池正极材料酸浸出液中的有价金属回收再利用的过程中，需要优先分离酸浸出液中的铝。