CN110752415A - 一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的工艺和装置，先将正极材料剪切成松散状，再松散状的正极片放入隧道炉中进行煅烧、振打分离工，然后放入推板窑中进行焙烧，得到焙砂；将焙砂中加入锂源、铁源、磷源中进行球磨、干燥、还原再生、气流破碎，得到磷酸铁锂粉料，最后筛分除铁得到磷酸铁锂产品。本发明是基于磷酸铁锂正极材料的制备原理，采用完全的火法直接修复方法对退役磷酸铁锂电池正极材料进行分选、除杂、补充元素源、再生，具有处理流程短，生产成本低，无“三废”产生等优点。

Description

一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种退役电池正极材料分选利用的工艺及装置，特别涉及一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的工艺及装置。
背景技术
磷酸铁锂（LiFePO4，常简写为LFP)电池是早期动力电池的最主流的配套电池体系，新能源汽车以磷酸铁锂电池为主，寿命约为8年。随着新能源汽车的持续增长，未来几年必将出现爆发式的动力电池退役潮，大量淘汰的电池若得不到正确处理，会带来严重的环境污染及能源浪费。LiFeP04废旧电池的回收再利用不仅能降低由于大量废弃物带来的环境压力，同时将带来可观的经济效益，有利于整个行业的可持续发展。
目前，动力锂电池正极材料回收技术主要借鉴小型钴酸锂电池正极材料回收方法，对其正极材料进行回收处理。首先对废旧电池进行火法冶金煅烧再生，包括电池的拆解、电极的分类及活性物质的剥离等，然后湿法冶金回收有价金属，包括酸溶正极活性物质及对其中的金属锰(镍)、锂的选择性沉淀。其中火法煅烧再生的正极材料由于其含有其他杂质元素如Al含量过高，使得再生的锂离子电池性能不佳。因此对后期的湿法冶金的处理方法在选择使用过量强酸完全浸出电池中的离子时，要增加一套除铝工序，且Al难以完全除尽，虽然其Li的浸出率较高，但是后期需要大量的碱液去中和前期过量的酸液所以造成了工艺路线复杂，并加大了成本。
因此找到一种有效的使磷酸铁锂废极片上的粘结剂失效，从而达到铝箔和磷酸铁锂废粉进行分离的方法，实现磷酸铁锂中Al含量在0 .05%以下并铝分别全回收，后期处理流程短，生产成本低，无“三废”产生的磷酸铁锂废极片回收方法是一个需要解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的工艺及装置，采用高效的正极片的分选回收方法，进行铝箔和磷酸铁锂废粉进行分选，然后火法直接修复产出高质量磷酸铁锂的原料进行利用。该方法同时具有回收流程短，生产成本低，无“三废”产生等优点。
本发明的解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的装置，包括剪切机、倾角皮带机、隧道炉、履带传送机、三元旋振筛、铝箔储罐、第一磷酸铁锂储罐、分料机、坩埚一、推板窑、配料机、高速搅拌磨、冷水机、真空干燥机、分料机、煅烧炉、陶瓷对辊机、气流破碎机、永磁除铁机、超声振动筛、真空包装机、自动装箱机、第二磷酸铁锂储罐、第三磷酸铁锂储罐、坩埚二、第四磷酸铁锂储罐、第五磷酸铁锂储罐；所述剪切机通过倾角皮带机连接隧道炉，隧道炉通过履带传送机与三元旋振筛的入口相连，所述三元旋振筛的左出口与铝箔储罐相连，所述三元旋振筛的右出口与第一磷酸铁锂储罐相连；所述第一磷酸铁锂储罐通过粉末输送泵与分料机相连，所述分料机与推板窑相连，所述推板窑的右侧设有第二磷酸铁锂储罐，第二磷酸铁锂储罐通过粉末输送泵连接配料机，所述配料机通过粉末输送泵与配高速搅拌磨的入口相连，所述高速搅拌磨的左侧设有真空干燥机，所述高速搅拌磨的出口通过粉末输送泵与真空干燥机相连；所述真空干燥机通过粉末输送泵与分料机的入口相连，所述分料机与煅烧炉相连。
进一步的，所述真空干燥机通过粉末输送泵连接第三磷酸铁锂储罐，第三磷酸铁锂储罐通过粉末输送泵与分料机的入口相连，所述分料机的出口的左下方放置有坩埚二，所述坩埚二通过人工或自动装坩埚设备送入到煅烧炉中，所述煅烧炉连接有惰性气体进气装置。
进一步的，所述煅烧炉的右侧设有第四磷酸铁锂储罐，第四磷酸铁锂储罐通过粉末输送泵连接陶瓷对辊机，所述陶瓷对辊机通过粉末输送泵连接气流破碎机。
进一步的，所述气流破碎机通过粉末输送泵连接第五磷酸铁锂储罐，第五磷酸铁锂储罐通过粉末输送泵与永磁除铁机的进料斗相连，所述永磁除铁机的出口通过粉末输送泵与连接超声振动筛的进料斗相连，超声振动筛的出口通过粉末输送泵与真空包装机相连。
一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的工艺，包括以下步骤：
第一步：剪切：将退役磷酸铁锂电池正极材料剪切成15-30厘米长的片断，同时把剪切好的正极片分开成松散状。
第二步：预处理：将第一步所得的松散状的正极片放入隧道炉中，隧道炉进行升温，温度控制为350-450℃，得到煅烧后的正极片。
第三步：振打分离：将第二步所得的煅烧后的正极片分批放入振动筛，同时加入不同粒径的钢球，进行振打筛分，所述振动筛的筛上物为铝箔，所述振动筛的筛下物为磷酸铁锂废粉。
第四步：氧化焙烧：将第三步的磷酸铁锂废粉装入坩埚，再放入推板窑中，在空气或氧气的气氛条件下进行焙烧，焙烧温度650℃-850℃，焙烧时间为6-15h，得到焙砂。
第五步：配料：往第四步所得的焙砂中加入锂源、铁源、磷源，再加入碳源、活化剂、还原剂，形成配料。
第六步：球磨：把第五步所得的配料倒入到加有分散介质的高速搅拌磨中进行球磨，得到球磨后混料。
第七步：干燥：将第六步所得的球磨后混料加入真空干燥机中进行干燥，得到干燥后混料。
第八步：还原再生：将第七步所得的干燥后混料加入煅烧炉中在惰性气体保护下进行煅烧，得到磷酸铁锂中间产品。
第九步；气流破碎：将第八步所得磷酸铁锂中间产品通过陶瓷对辊机进行粗破碎，然后再通过气流破碎机进行细破碎，得到磷酸铁锂粉料。
第十步：筛分除铁：将第九步所得的磷酸铁锂粉料通过永磁除铁机和超声振动筛进行筛分，筛下物料即为磷酸铁锂产品。
进一步的，第八步中，所述煅烧的烧结温度为750℃-850℃，烧结时间为18h-24h。
与现有的用于退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的工艺流程相比，本发明具有如下有益效果：
1、回收对象以退役磷酸铁锂电池正极材料为主，也可同时处理磷酸铁锂生产过程中产生的废料、磷酸铁锂极片制备成电池过程中产生的废极片或碎废片料分离下来的正极材料，分离得到的磷酸铁锂废粉中Al含量在0 .05%以下；而附产品铝箔不含磷酸铁锂粉，可作为产品外卖，杜绝了绝了磷酸铁锂电池正极材料对环境的污染。
2、通过氧化焙烧将分选的正极材料除去黏结剂，并同时实现LiFeP04的氧化，并作为再生反应原料，分别加入碳源和活化剂丙三醇等还原剂，750℃-850℃高温碳热还原再生LiFeP04，再生材料可调控性强，工艺流程简单。
3、火法直接修复技术仅需要补充少量的Li、Fe、P元素，不需要大量的酸碱试剂，产生的废酸废碱等废液少，对环境友好。
本发明是基于磷酸铁锂正极材料的制备原理，采用完全的火法直接修复方法对退役磷酸铁锂电池正极材料进行分选、除杂、补充元素源、再生，具有处理流程短，生产成本低，无“三废”产生等优点，产品电化学性能达到市场上销售的磷酸铁锂电池材料要求，应用前景非常广阔。
附图说明
图1为一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的装置的结构示意图。
附图标记如下：1、剪切机；2、倾角皮带机；3、隧道炉；4、履带传送机；5、三元旋振筛；6、铝箔储罐；7、磷酸铁锂储罐；8、分料机；9、坩埚；10、推板窑；11、配料机；12、高速搅拌磨；13、冷水机；14、真空干燥机；15、分料机；16、煅烧炉；17、陶瓷对辊机；18、气流破碎机；19、永磁除铁机；20、超声振动筛；21、真空包装机；22、自动装箱机；23、第二磷酸铁锂储罐；24、第三磷酸铁锂储罐；25、坩埚二；26、第四磷酸铁锂储罐；27、第五磷酸铁锂储罐。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参照图1，一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的装置，包括剪切机1、倾角皮带机2、隧道炉3、履带传送机4、三元旋振筛5、铝箔储罐6、第一磷酸铁锂储罐7、分料机8、坩埚一9、推板窑10、配料机11、高速搅拌磨12、冷水机13、真空干燥机14、分料机15、煅烧炉16、陶瓷对辊机17、气流破碎机18、永磁除铁机19、超声振动筛20、真空包装机21、自动装箱机22、第二磷酸铁锂储罐23、第三磷酸铁锂储罐24、坩埚二25、第四磷酸铁锂储罐26、第五磷酸铁锂储罐27。
所述剪切机1通过倾角皮带机2连接隧道炉3，隧道炉通过履带传送机4与三元旋振筛5的入口相连，所述三元旋振筛5的左出口与铝箔储罐6相连，所述三元旋振筛5的右出口与第一磷酸铁锂储罐7相连。
所述第一磷酸铁锂储罐7通过粉末输送泵与分料机8相连，分料机8出口的右下方放置有坩埚一9，所述坩埚一9的右侧设有推板窑10，所述坩埚一9可以通过人工或自动装坩埚设备送入到推板窑10内部。
所述推板窑10的右侧设有第二磷酸铁锂储罐23，第二磷酸铁锂储罐23通过粉末输送泵连接配料机11，所述配料机11通过粉末输送泵与配高速搅拌磨12的入口相连，所述高速搅拌磨12的上侧安装有冷水机13，所述冷水机13通过冷却水管与高速搅拌磨12内部相连。所述高速搅拌磨12的左侧设有真空干燥机14，所述高速搅拌磨12的出口通过粉末输送泵与真空干燥机14相连。
所述真空干燥机14通过粉末输送泵连接第三磷酸铁锂储罐24，第三磷酸铁锂储罐24通过粉末输送泵与分料机15的入口相连，所述分料机15的出口的左下方放置有坩埚二25，所述坩埚二25通过人工或自动装坩埚设备送入到煅烧炉16中，所述煅烧炉16连接有惰性气体进气装置。
所述煅烧炉16的右侧设有第四磷酸铁锂储罐26，第四磷酸铁锂储罐26通过粉末输送泵连接陶瓷对辊机17，所述陶瓷对辊机17通过粉末输送泵连接气流破碎机18。所述气流破碎机18配套连接有空压机、冷干机、热干机。
所述气流破碎机18通过粉末输送泵连接第五磷酸铁锂储罐27，第五磷酸铁锂储罐27通过粉末输送泵与永磁除铁机19的进料斗相连，所述永磁除铁机19的出口通过粉末输送泵与连接超声振动筛20的进料斗相连，超声振动筛20的出口通过粉末输送泵与真空包装机21相连，所述真空包装机21对产品进行包装处理，装箱后运输出售。
与上述装置相配套的一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的工艺，包括以下步骤：
第一步：剪切：通过剪切机1将退役磷酸铁锂电池正极材料剪切成15-30厘米长的片断，同时把剪切好的正极片分开成松散状。
第二步：预处理：把步骤一所得的松散状的正极片放入隧道炉3中，隧道炉3进行升温，温度控制为350-450℃，煅烧时间1h-5h，得到煅烧后的正极片。
第三步：振打分离：将步骤二所得的煅烧后的正极片分批放入振动筛9，同时加入5-15 公斤直径分别在5-15毫米之间的不同粒径的钢球，进行振打、筛分，振动筛9上面为铝箔，下面为磷酸铁锂废粉。
第四步：氧化焙烧：将装步骤三的废粉的坩埚放入推板窑10中，在空气或氧气的气氛条件下进行焙烧，焙烧温度650℃-850℃，焙烧时间6-15h，得到焙砂。
第五步：配料：往步骤四所得的焙砂中加入锂源、铁源、磷源，在配料机11中进行配料，使焙砂中锂、铁、磷的摩尔比调整为（1.03-1.06:1）:1，然后在焙砂中加入碳源和活化剂丙三醇，其中，碳源的加入量为焙砂质量的16%-18%，活化剂丙三醇的加入量为焙砂质量的2%-4%。其中，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂等；所述铁源为氧化铁、硫酸铁等；磷源为磷酸铁、磷酸等，所述碳源为蔗糖等。
第六步：球磨：把步骤五所得的配料倒入到加有分散介质的高速搅拌磨12中进行球磨。
第七步：干燥：将步骤六所得的球磨后混料加入到真空干燥机14中，进行干燥。
第八步：还原再生：将步骤七所得的干燥后混料加入煅烧炉16中，在惰性气体保护下在煅烧炉中16进行煅烧，烧结温度为750℃-850℃，烧结时间18h-24h，得到磷酸铁锂中间产品。
第九步；气流破碎：将步骤八所得磷酸铁锂中间产品通过陶瓷对辊机17进行粗破碎，然后再通过气流破碎机18进行细破碎，得到磷酸铁锂粉料。
第十步：筛分除铁：将步骤九所得的磷酸铁锂粉料通过永磁除铁机19和超声振动筛20进行筛分，筛下物料即为磷酸铁锂产品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的装置，其特征在于：包括剪切机、倾角皮带机、隧道炉、履带传送机、三元旋振筛、铝箔储罐、第一磷酸铁锂储罐、分料机、坩埚一、推板窑、配料机、高速搅拌磨、冷水机、真空干燥机、分料机、煅烧炉、陶瓷对辊机、气流破碎机、永磁除铁机、超声振动筛、真空包装机、自动装箱机、第二磷酸铁锂储罐、第三磷酸铁锂储罐、坩埚二、第四磷酸铁锂储罐、第五磷酸铁锂储罐；所述剪切机通过倾角皮带机连接隧道炉，隧道炉通过履带传送机与三元旋振筛的入口相连，所述三元旋振筛的左出口与铝箔储罐相连，所述三元旋振筛的右出口与第一磷酸铁锂储罐相连；所述第一磷酸铁锂储罐通过粉末输送泵与分料机相连，所述分料机与推板窑相连，所述推板窑的右侧设有第二磷酸铁锂储罐，第二磷酸铁锂储罐通过粉末输送泵连接配料机，所述配料机通过粉末输送泵与配高速搅拌磨的入口相连，所述高速搅拌磨的左侧设有真空干燥机，所述高速搅拌磨的出口通过粉末输送泵与真空干燥机相连；所述真空干燥机通过粉末输送泵与分料机的入口相连，所述分料机与煅烧炉相连。
2.根据权利要求1所述的一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的装置，其特征在于：所述真空干燥机通过粉末输送泵连接第三磷酸铁锂储罐，第三磷酸铁锂储罐通过粉末输送泵与分料机的入口相连，所述分料机的出口的左下方放置有坩埚二，所述坩埚二通过人工或自动装坩埚设备送入到煅烧炉中，所述煅烧炉连接有惰性气体进气装置。
3.根据权利要求1所述的一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的装置，其特征在于：所述煅烧炉的右侧设有第四磷酸铁锂储罐，第四磷酸铁锂储罐通过粉末输送泵连接陶瓷对辊机，所述陶瓷对辊机通过粉末输送泵连接气流破碎机。
4.根据权利要求1所述的一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的装置，其特征在于：所述气流破碎机通过粉末输送泵连接第五磷酸铁锂储罐，第五磷酸铁锂储罐通过粉末输送泵与永磁除铁机的进料斗相连，所述永磁除铁机的出口通过粉末输送泵与连接超声振动筛的进料斗相连，超声振动筛的出口通过粉末输送泵与真空包装机相连。
5.一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：剪切：将退役磷酸铁锂电池正极材料剪切成15-30厘米长的片断，同时把剪切好的正极片分开成松散状；
第二步：预处理：将第一步所得的松散状的正极片放入隧道炉中，隧道炉进行升温，温度控制为350-450℃，得到煅烧后的正极片；
第三步：振打分离：将第二步所得的煅烧后的正极片分批放入振动筛，同时加入不同粒径的钢球，进行振打筛分，所述振动筛的筛上物为铝箔，所述振动筛的筛下物为磷酸铁锂废粉；
第四步：氧化焙烧：将第三步的磷酸铁锂废粉装入坩埚，再放入推板窑中，在空气或氧气的气氛条件下进行焙烧，焙烧温度650℃-850℃，焙烧时间为6-15h，得到焙砂；
第五步：配料：往第四步所得的焙砂中加入锂源、铁源、磷源，再加入碳源、活化剂，形成配料；
第六步：球磨：把第五步所得的配料倒入到加有分散介质的高速搅拌磨中进行球磨，得到球磨后混料；
第七步：干燥：将第六步所得的球磨后混料加入真空干燥机中进行干燥，得到干燥后混料；
第八步：还原再生：将第七步所得的干燥后混料加入煅烧炉中在惰性气体保护下进行煅烧，得到磷酸铁锂中间产品；
第九步；气流破碎：将第八步所得磷酸铁锂中间产品通过陶瓷对辊机进行粗破碎，然后再通过气流破碎机进行细破碎，得到磷酸铁锂粉料；
第十步：筛分除铁：将第九步所得的磷酸铁锂粉料通过永磁除铁机和超声振动筛进行筛分，筛下物料即为磷酸铁锂产品。
6.根据权利要求5所述的一种退役磷酸铁锂电池正极材料分选利用的工艺，其特征在于：第八步中，所述煅烧的烧结温度为750℃-850℃，烧结时间为18h-24h。
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