本發(fā)明涉及鋰電池回收，尤其涉及一種廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法。

背景技術(shù)：

1、在碳達(dá)峰、碳中和的全球大背景下，新能源電池產(chǎn)業(yè)作為綠色產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。鋰離子電池以其卓越的儲(chǔ)能能力而備受關(guān)注，由于其具有能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電率低、無記憶效應(yīng)和環(huán)境相對(duì)友好等優(yōu)勢(shì)而得到認(rèn)可。這些優(yōu)勢(shì)使得鋰離子電池在電子設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)和新能源汽車中具有廣泛應(yīng)用，特別是推動(dòng)了電動(dòng)汽車行業(yè)消費(fèi)市場和工業(yè)市場的快速增長。目前，新能源汽車的動(dòng)力電池主要包括鈷酸鋰(lco)、磷酸鐵鋰(lfp)、三元鋰(鎳鈷錳(ncm))和鎳鈷鋁(nca)電池。作為鋰離子電池一種的磷酸鐵鋰電池，因其低成本、良好的循環(huán)性和高穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)脫穎而出。然而，磷酸鐵鋰電池使用壽命一般為5-8年，隨著磷酸鐵鋰電池的大規(guī)模應(yīng)用，預(yù)計(jì)2025年將會(huì)迎來鋰電池退役高潮。若大量的廢舊磷酸鐵鋰電池不能夠得到妥善處理，不僅會(huì)造成有價(jià)元素(鋰、鐵和鋁等)的浪費(fèi)，其中含有的電解質(zhì)和有機(jī)溶劑等會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，危害人體健康。

2、目前，廢舊磷酸鐵鋰電池回收工藝主要有火法回收、濕法回收和直接回收?；鸱ㄒ苯鸺夹g(shù)工藝簡單，但處理路線長，容易產(chǎn)生有害氣體，有價(jià)金屬的總體回收率相對(duì)較低，能耗很高，因此通過這條路線進(jìn)行的生產(chǎn)一直很少。傳統(tǒng)的濕法冶金使用高濃度的無機(jī)酸，如hcl、h2so4和h3po4等，可以打破lfp晶體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)鋰和鐵的浸出，但這種浸出過程消耗過多的酸并產(chǎn)生大量廢水，造成二次污染。直接回收過程相對(duì)綠色，但回收材料通常含有更多的雜質(zhì)，電化學(xué)性能差，質(zhì)量參差不齊。

3、因此，研究一種廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，實(shí)現(xiàn)廢舊磷酸鐵鋰電池的資源化、無害化處理具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，旨在不使用酸、堿和有機(jī)溶劑的情況下，實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰正極片高效剝離，同時(shí)提高鋁箔、鋰和磷酸鐵的回收率。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，包括以下步驟：

4、(1)將拆解后的廢舊磷酸鐵鋰正極片添加到過氧化氫溶液中，過氧化氫溶液體積分?jǐn)?shù)為3-20％，攪拌至完全浸沒到溶液中。其中，過氧化氫溶液具有強(qiáng)氧化性，可以把正極材料中pvdf的粘結(jié)劑進(jìn)行氧化，使得pvdf分子間的氫-氟極性鍵斷裂，從而破壞pvdf的粘結(jié)效果。

5、(2)將步驟(1)所得的混合液放入超聲清洗機(jī)中進(jìn)行超聲處理，使廢舊磷酸鐵鋰正極片中的磷酸鐵鋰正極材料從鋁箔上剝離，然后將磷酸鐵鋰正極材料和鋁箔分別從混合液中分離出來，鋁箔和磷酸鐵鋰正極材料用去離子水沖洗后進(jìn)行烘干。

6、(3)將步驟(2)所得的磷酸鐵鋰正極材料加入過氧化氫溶液中，過氧化氫溶液體積分?jǐn)?shù)為3％-30％，攪拌均勻后轉(zhuǎn)移至等離子體發(fā)生裝置中，在0-80℃水浴下反應(yīng)0.5-5h，優(yōu)選的，反應(yīng)溫度為10-30℃；反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)過真空抽濾后得到磷酸鐵濾餅和浸出液。等離子體發(fā)生裝置產(chǎn)生的等離子體可以與過氧化氫溶液發(fā)生協(xié)同作用，促進(jìn)產(chǎn)生大量活性自由基，活性自由基可以使磷酸鐵晶格的二價(jià)鐵變?yōu)槿齼r(jià)鐵，從而實(shí)現(xiàn)鋰資源高效回收過程。

7、(4)向步驟(3)所得浸出液加入過量碳酸鈉溶液，得到碳酸鋰沉淀，真空抽濾后得到高純度的碳酸鋰。碳酸鈉溶液由于溶解度較高、成本低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用在工業(yè)成鋰過程中。

8、優(yōu)選地，步驟(2)中，超聲功率為小于700w，優(yōu)選范圍為100-500w，超聲時(shí)間為0.5-5h，超聲溫度為20-60℃，鋁箔和正極材料片在65℃的真空干燥箱烘干24小時(shí)。

9、優(yōu)選地，步驟(3)中所述的磷酸鐵鋰正極材料與過氧化氫溶液的液固比為5-100g/l。

10、優(yōu)選地，步驟(3)中，等離子體發(fā)生裝置發(fā)生條件為：空氣流量0.5-50l/min，電源電壓為50-350v，電流為0.1-10a。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

12、(1)本發(fā)明利用超聲空化輔助剝離廢舊磷酸鐵鋰正極片，通過添加低體積分?jǐn)?shù)過氧化氫的方法，將正極片的正極材料從鋁箔上完全無損剝離出來，保證了鋁箔和正極材料的純度。

13、(2)本發(fā)明選擇性地高效浸出廢舊磷酸鐵鋰正極材料中鋰元素，同時(shí)生成高純度的磷酸鐵粉末，從而達(dá)到回收制備高純、高轉(zhuǎn)化率的碳酸鋰和磷酸鐵粉末的目的，實(shí)現(xiàn)廢舊磷酸鐵鋰正極材料全組分回收。

技術(shù)特征：

1.一種廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，其特征在于：步驟(1)中，所述過氧化氫溶液的體積分?jǐn)?shù)為3-20％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，其特征在于：步驟(2)中，所述超聲處理的功率為100-700w。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，其特征在于：步驟(2)中，所述超聲處理的溫度為20-60℃，超聲時(shí)間為0.5-5h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，其特征在于：步驟(2)中，所述烘干的溫度為65℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，其特征在于：步驟(3)中，所述過氧化氫溶液的體積分?jǐn)?shù)為3-30％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，其特征在于：步驟(3)中，所述磷酸鐵鋰正極材料與過氧化氫溶液的液固比為5-100g/l。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，其特征在于：步驟(3)中，所述反應(yīng)的時(shí)間為0.5-5h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，其特征在于：所述等離子體發(fā)生裝置的發(fā)生條件為：空氣流量0.5-50l/min，電源電壓為50-350v，電流為0.1-10a。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種廢舊磷酸鐵鋰正極片全組分回收的方法，涉及鋰電池回收技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：首先將拆解后的廢舊磷酸鐵鋰正極片浸泡在過氧化氫溶液中，經(jīng)超聲輔助剝離后得到廢舊磷酸鐵鋰正極材料和鋁箔；然后利用等離子體和氧化劑過氧化氫的協(xié)同作用，有選擇性地高效浸出廢舊磷酸鐵鋰正極材料中的鋰元素并得到含鋰浸出液和磷酸鐵浸出渣；最后含鋰浸出液以碳酸鈉溶液沉淀，得到高純度的碳酸鋰產(chǎn)品。本發(fā)明工藝流程簡單，綠色無污染，能夠?qū)崿F(xiàn)廢舊磷酸鐵鋰正極片的高效剝離、鋰離子的高效浸出與磷酸鐵粉末的可持續(xù)回收。

技術(shù)研發(fā)人員：張海民,王展鵬,張開會(huì),王其月,詹飛揚(yáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8