CN106785162A - 一种环保的磷酸铁锂的再生处理方法 - Google Patents

一种环保的磷酸铁锂的再生处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保的磷酸铁锂的再生处理方法，把磷酸铁锂电极材料粉末在密闭炉中流动氮气保护条件下加热，使电解液中的Li、F、P元素以锂盐的形式在碱溶液中沉积出来，测量材料中锂、铁元素的含量，用醋酸锂和柠檬酸锂的混合物来补充锂的含量使Li、Fe的摩尔比达到1∶1，然后再低温烧结，保留了有用的导电剂和粘接剂，得到再生的磷酸铁锂。本发明得到的磷酸铁锂材料具有较高的比容量，充分保留了极片中的有用成份，使之可以提纯再利用，保护了环境。

Description

一种环保的磷酸铁锂的再生处理方法
技术领域
本发明涉及一种环保的磷酸铁锂的再生处理方法，属于化工领域。
背景技术
电动汽车的最大优势是引领低碳化、信息化、智能化未来汽车产业的发展方向，在全生命周期内比传统汽车具有更好的能源和环境效益。正因如此，从应对能源结构调整、保护环境、培育未来科技竞争优势出发，主要发达国家都已将新能源汽车上升到国家战略高度，在技术、市场层面出台了很多强力措施。
在此形势下，我国近年来电动汽车发展迅猛。据估计，到2020年，我国纯电动汽车的保有量达到1698万辆，到2030年，我国纯电动汽车的保有量达到6859万辆。其中，采用磷酸铁锂为正极的动力电池占60％以上。磷酸铁锂动力电池大量应用，未来一定会产生大量的失效磷酸铁锂电池。而回收电池中的磷酸铁锂材料是一个资源再利用的问题。
研究表明，活性锂离子的损失是造成磷酸铁锂动力电池失效的最主要原因。一方面，以磷酸铁锂材料为正极的电池在化成时，磷酸铁锂中的锂离子会迁移到负极中，然后再返回到正极，而至少有一部分的锂元素会在这个过程中消耗掉，用于石墨负极的SEI膜形成。由于不同电池采用的石墨负极性能不同，导致锂元素的消耗比例不相同；另一方面，由于电池制备工艺、使用条件及使用环境的差别，导致形成的SEI膜的质量和稳定性差，在随后的充放电中，负极将会消耗更多的来自正极的锂离子，导致电池容量下降，寿命终止。鉴于以上原因，原则上只要补充了锂元素，失效电池中的磷酸铁锂材料就可以再利用。
本发明提供了一种环保的磷酸铁锂的再生处理方法，在再生处理磷酸铁锂的同时，回收磷酸铁锂材料中含有的电解液中的锂、氟、磷等元素，使资源再利用，减少对环境的危害，保护环境。
发明内容
一种环保的磷酸铁锂的再生处理方法，其特征在于，处理步骤是：
1)拆解电池，取出正极片，机械粉碎，风选出正极粉末；
2)把磷酸铁锂电极材料粉末在密闭炉中流动氮气保护条件下加热到250～280℃，保持1～2小时，然后冷却到室温取出，流出的氮气通入碱液中吸收；
3)处理后的磷酸铁锂材料粉末，测量锂元素和铁元素的含量，计算出Li、Fe的摩尔比，以最终1∶1计算，用醋酸锂和柠檬酸锂的混合物来补充锂的含量，然后在130～150℃保护气氛下，热处理3～5小时，冷却降温到80℃以下，取出，得到再生的磷酸铁锂；
所述的碱液是LiOH溶液，其中含有20％～50％的尿素，温度在30～50℃。当碱液出现结晶沉淀时，更换一批新的碱液。从换下的碱液中蒸发水份，得到结晶物LiF和Li3PO4的混合物。
所述的醋酸锂和柠檬酸锂的摩尔比在1∶9～5∶5。
本方法制造的再生磷酸铁锂材料，其中含有磷酸铁锂、导电碳粉和聚偏氟乙烯粘接剂，使用时只需要加入N-甲基吡咯烷酮溶剂，即可以制成电极浆料加工成为电极。这样使用很方便，并且原来电极中的物质充分保持其价值，绿色环保。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
实施例1
取拆解电池正极的磷酸铁锂材料粉末100g置于管式炉中，在流动氮气(纯度99.99％)保护条件下加热到250℃，保持2小时，冷却到室温取出，流出的氮气通入50℃、含有20％尿素的LiOH溶液中吸收。测量处理后的磷酸铁锂粉末中的锂元素含量3.74％、铁元素含量35.4％，计算出Li∶Fe(摩尔比)＝0.85∶1，加入0.45g无水醋酸锂(纯度99.9％，上海中锂实业有限公司)和12.94g柠檬酸锂(纯度99.9％，上海中锂实业有限公司)，然后在130℃高纯氮气保护下，热处理5小时，冷却降温到50℃取出，得到再生的磷酸铁锂材料。
取再生的磷酸铁锂材料10g，加入适量的NMP搅拌成浆料，涂覆在铝箔上，经干燥、对辊、冲成极片，以金属锂为负极，组装成模拟电池。测得在0.2C放电倍率下，该材料的克容量为160mAh/g。
实施例2
取拆解电池正极的磷酸铁锂材料粉末100g置于管式炉中，在流动氮气(纯度99.99％)保护条件下加热到280℃，保持1小时，冷却到室温取出，流出的氮气通入30℃、含有50％尿素的LiOH溶液中吸收。测量处理后的磷酸铁锂粉末中的锂元素含量3.34％、铁元素含量35.79％，计算出Li∶Fe(摩尔比)＝0.75∶1，加入3.80g无水醋酸锂(纯度99.9％，上海中锂实业有限公司)和12.08g柠檬酸锂，然后在150℃高纯氮气保护下，热处理3小时，冷却降温到40℃取出，得到再生的磷酸铁锂材料。
取再生的磷酸铁锂材料10g，加入适量的NMP搅拌成浆料，涂覆在铝箔上，经干燥、对辊、冲成极片，以金属锂为负极，组装成模拟电池。测得在0.2C放电倍率下，该材料的克容量为157mAh/g。

Claims (3)

1.一种环保的磷酸铁锂的再生处理方法，其特征在于，处理步骤是：1)拆解电池，取出正极片，机械粉碎，风选出正极粉末。2)把磷酸铁锂电极材料粉末在密闭炉中流动氮气保护条件下加热到250～280℃，保持1～2小时，然后冷却到室温取出，流出的氮气通入碱液中吸收。3)处理后的磷酸铁锂材料粉末，测量锂元素和铁元素的含量，计算出Li、Fe的摩尔比，以最终1∶1计算，用醋酸锂和柠檬酸锂的混合物来补充锂的含量，然后在130～150℃保护气氛下，热处理3～5小时，冷却降温到80℃以下，取出，得到再生的磷酸铁锂。
2.根据权利要求1，一种环保的磷酸铁锂的再生处理方法，其特征在于，所述的碱液是LiOH溶液，其中含有20％～50％的尿素，温度在30～50℃。
3.根据权利要求1，一种环保的磷酸铁锂的再生处理方法，其特征在于，所述的醋酸锂和柠檬酸锂的摩尔比在1∶9～5∶5。
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