CN114865133A - 一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，包括以下步骤：S1：将废旧磷酸铁锂电池经深度放电、破拆、分选后得到外壳、隔膜、铜、铝和正负极混合粉料；S2：将所述正极粉料在水蒸气条件下进行煅烧操作，得到水煤气及煅烧产物；S3：配置由锂盐、铁盐、磷酸组成的混合溶液，将煅烧产物加入溶液中，进行水热反应，得到磷酸铁锂前驱体；S4：将所述磷酸铁锂前驱体加入到低聚糖溶液中，进行水热反应，离心后取固相煅烧，得到碳包覆的磷酸铁锂正极材料；S5：将所述水煤气产物回收再利用。本发明所述的一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，可实现磷酸铁锂电池实现资源化回收再利用。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体为一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法。
背景技术
磷酸铁锂电池，是一种使用磷酸铁锂(LiFePO4)作为正极材料，碳作为负极材料的锂离子电池，单体额定电压为3.2V，充电截止电压为3.6V～3.65V。
充电过程中，磷酸铁锂中的部分锂离子脱出，经电解质传递到负极，嵌入负极碳材料；同时从正极释放出电子，自外电路到达负极，维持化学反应的平衡。放电过程中，锂离子自负极脱出，经电解质到达正极，同时负极释放电子，自外电路到达正极，为外界提供能量。
磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、无记忆效应的优点。
但现有技术中，废弃的磷酸铁锂电池的回收再利用往往存在着以下问题：
1.现有技术回收的磷酸铁锂，纯度低，颗粒大，不利于分散；
2.回收步骤繁琐，实际操作困难，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，可保证磷酸铁锂资源经济性的循环发展，有效降低污染，从而降低生产过程对自然生态的影响，实现磷酸铁锂电池实现资源化回收再利用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，包括以下步骤：
S1：将废旧磷酸铁锂电池经深度放电、破拆、分选后得到外壳、隔膜、铜、铝和正负极混合粉料；
S2：将所述正负极混合粉料中的正极粉料在水蒸气条件下进行煅烧操作，得到水煤气及煅烧产物；
S3：配置由锂盐、铁盐、磷酸组成的混合溶液，将煅烧产物加入溶液中，进行水热反应，得到磷酸铁锂前驱体；
S4：将所述磷酸铁锂前驱体加入到低聚糖溶液中，进行水热反应，离心后取固相煅烧，得到碳包覆的磷酸铁锂正极材料；
S5：将所述水煤气产物回收再利用。
进一步地，所述S2中煅烧操作的温度为700℃～800℃，所述S4中煅烧操作温度为650℃～800℃。
进一步地，所述S2和S4中煅烧操作的时间为：4h～8h。
进一步地，所述混合溶液中，锂元素、铁元素、磷元素的化学计量比为1.05～1.35：1：1。
进一步地，所述低聚糖为：蔗糖、果糖、麦芽糖的一种或多种。
进一步地，所述S3中水热反应前需加入氨水调整pH＝6～8。
进一步地，所述S3和S4中的水热反应均需控制温度为150℃～200℃。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
本发明的磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，恢复后的产物为纯度较高的磷酸铁锂，且颗粒较小，利于分散；将正负极材料混合回收，只需要简单的分离金属集流体，操作便洁无浪费；反应能源自给自足，不需要外加能源，回收过程中产生的水煤气可循环再利用，极大地降低了回收成本。
附图说明
图1现有技术回收与本发明实施例1的磷酸铁锂克容量对比图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，包括以下步骤：
S1：将废旧磷酸铁锂电池经深度放电、破拆、分选后得到外壳、隔膜、铜、铝和正负极混合粉料；
S2：将所述正负极混合粉料中的正极粉料在水蒸气条件下进行煅烧操作，得到水煤气及煅烧产物；
S3：配置由锂盐、铁盐、磷酸组成的混合溶液，将煅烧产物加入溶液中，进行水热反应，得到磷酸铁锂前驱体；
S4：将所述磷酸铁锂前驱体加入到低聚糖溶液中，进行水热反应，离心后取固相煅烧，得到碳包覆的磷酸铁锂正极材料；
S5：将所述水煤气产物回收再利用。
进一步地，所述S2中煅烧操作的温度为700℃～800℃，所述S4中煅烧操作温度为650℃～800℃。
进一步地，所述S2和S4中煅烧操作的时间为：4h～8h。
进一步地，所述混合溶液中，锂元素、铁元素、磷元素的化学计量比为1.05～1.35：1：1。
进一步地，所述低聚糖为：蔗糖、果糖、麦芽糖的一种或多种。
进一步地，所述S3中水热反应前需加入氨水调整pH＝6～8。
进一步地，所述S3和S4中的水热反应均需控制温度为150℃～200℃。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
本发明的磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，恢复后的产物为纯度较高的磷酸铁锂，且颗粒较小，利于分散；将正负极材料混合回收，只需要简单的分离金属集流体，操作便洁无浪费；反应能源自给自足，不需要外加能源，回收过程中产生的水煤气可循环再利用，极大地降低了回收成本。
实施例1
将破拆粉碎后的固体进行物理分选，得到去除铜、铝等金属的黑粉，将黑粉在持续通入水蒸气的环境下升温至700℃，保持700℃加热3h，回收气体，除水后加压充入气瓶用作后续步骤供能。按照1.05：1：1的化学计量比，配置LiOH、FeSO4、H3PO4的混合溶液10mL，加水稀释至100mL，加入10g固体煅烧产物，搅拌混合，同时加入氨水调整pH＝7，得到混合物。将混合物加入高压反应釜中，充入N2，气压为0.1MPa，在180℃下水热合成5h，经过滤、干燥得到磷酸铁锂前驱体。将所得前驱体加入反应釜中，同时按照固液比100g/L加入蔗糖溶液，在180℃下水热合成4h，过滤、干燥后取固相放入管式炉，在N2保护气氛下，在温度700℃煅烧3h，得到磷酸铁锂材料，克容量达到145.833mAh/g。
实施例2
将破拆粉碎后的固体进行物理分选，得到去除铜、铝等金属的黑粉，将黑粉在持续通入水蒸气的环境下升温至700℃，保持700℃加热3h，回收气体，除水后加压充入气瓶用作后续步骤供能。按照1.15：1：1的化学计量比，配置LiOH、FeSO4、H3PO4的混合溶液10mL，加水稀释至100mL，加入10g固体煅烧产物，搅拌混合，同时加入氨水调整pH＝7，得到混合物。将混合物加入高压反应釜中，充入N2，气压为0.1MPa，在180℃下水热合成5h，经过滤、干燥得到磷酸铁锂前驱体。将所得前驱体加入反应釜中，同时按照固液比100g/L加入蔗糖溶液，在180℃下水热合成4h，过滤、干燥后取固相放入管式炉，在N2保护气氛下，在温度700℃煅烧3h，得到磷酸铁锂材料，克容量达到143.264mAh/g。
实施例3
将破拆粉碎后的固体进行物理分选，得到去除铜、铝等金属的黑粉，将黑粉在持续通入水蒸气的环境下升温至700℃，保持700℃加热3h，回收气体，除水后加压充入气瓶用作后续步骤供能。按照1.25：1：1的化学计量比，配置LiOH、FeSO4、H3PO4的混合溶液10mL，加水稀释至100mL，加入10g固体煅烧产物，搅拌混合，同时加入氨水调整pH＝7，得到混合物。将混合物加入高压反应釜中，充入N2，气压为0.1MPa，在180℃下水热合成5h，经过滤、干燥得到磷酸铁锂前驱体。将所得前驱体加入反应釜中，同时按照固液比100g/L加入蔗糖溶液，在180℃下水热合成4h，过滤、干燥后取固相放入管式炉，在N2保护气氛下，在温度700℃煅烧3h，得到磷酸铁锂材料，克容量达到142.374mAh/g。
实施例4
将破拆粉碎后的固体进行物理分选，得到去除铜、铝等金属的黑粉，将黑粉在持续通入水蒸气的环境下升温至700℃，保持700℃加热3h，回收气体，除水后加压充入气瓶用作后续步骤供能。按照1.35：1：1的化学计量比，配置LiOH、FeSO4、H3PO4的混合溶液10mL，加水稀释至100mL，加入10g固体煅烧产物，搅拌混合，同时加入氨水调整pH＝7，得到混合物。将混合物加入高压反应釜中，充入N2，气压为0.1MPa，在180℃下水热合成5h，经过滤、干燥得到磷酸铁锂前驱体。将所得前驱体加入反应釜中，同时按照固液比100g/L加入蔗糖溶液，在180℃下水热合成4h，过滤、干燥后取固相放入管式炉，在N2保护气氛下，在温度700℃煅烧3h，得到磷酸铁锂材料，克容量达到141.103mAh/g。
综上，本发明的磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，恢复后的产物为纯度较高的磷酸铁锂，克容量达到145.833mAh/g，比现有技术的回收方法139.415具有显著提升，且颗粒较小，利于分散；将正负极材料混合回收，只需要简单的分离金属集流体，操作便洁无浪费；反应能源自给自足，不需要外加能源，回收过程中产生的水煤气可循环再利用，极大地降低了回收成本。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限。
Claims (7)
1.一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将废旧磷酸铁锂电池经深度放电、破拆、分选后得到外壳、隔膜、铜、铝和正负极混合粉料；
S2：将所述正负极混合粉料中的正极粉料在水蒸气条件下进行煅烧操作，得到水煤气及煅烧产物；
S3：配置由锂盐、铁盐、磷酸组成的混合溶液，将煅烧产物加入溶液中，进行水热反应，得到磷酸铁锂前驱体；
S4：将所述磷酸铁锂前驱体加入到低聚糖溶液中，进行水热反应，离心后取固相煅烧，得到碳包覆的磷酸铁锂正极材料；
S5：将所述水煤气产物回收再利用。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，其特征在于，所述S2中煅烧操作的温度为700℃～800℃，所述S4中煅烧操作温度为650℃～800℃。
3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，其特征在于，所述S2和S4中煅烧操作的时间为：4h～8h。
4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，其特征在于，所述混合溶液中，锂元素、铁元素、磷元素的化学计量比为1.05～1.35：1：1。
5.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，其特征在于，所述低聚糖为：蔗糖、果糖、麦芽糖的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，其特征在于，所述S3中水热反应前需加入氨水调整pH＝6～8。
7.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池资源化回收及修复方法，其特征在于，所述S3和S4中的水热反应均需控制温度为150℃～200℃。
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