一種磷酸鐵鋰動力電池的回收利用方法技術

一種磷酸鐵鋰動力電池的回收利用方法，步驟包括：將磷酸鐵鋰動力電池放電、拆解后分離出正負極片、隔膜和外殼，直接回收隔膜和外殼；負極片粉碎后經超聲、攪拌處理，過濾后回收銅片。正極片粉碎過篩后使用有機酸液進行浸出反應，過濾后實現含鋰、鋁溶液與有機酸鐵鹽、炭黑、粘結劑等濾渣分離；向濾液中加入堿液，得Al(OH)3沉淀并與含鋰溶液分離；將所得含鋰溶液處理后可回收鋰；沉鋰后的溶液通過結晶步驟得到有機酸鈉鹽產品。本發明專利技術所述的方法，使用有機酸液直接浸出分離磷酸鐵鋰正極片中的鐵等，簡化了回收工藝，使用常規設備和原料，經濟、簡便地回收磷酸鐵鋰電池正極材料中的鋰、鋁和銅，并得到了具有高附加值的有機酸鈉鹽產品。

【技術實現步驟摘要】
一種磷酸鐵鋰動力電池的回收利用方法
本專利技術屬于鋰離子電池回收
，更具體為一種磷酸鐵鋰動力電池的回收利用方法。
技術介紹
磷酸鐵鋰電池具有結構穩定、性能安全、比容量高、原料來源豐富、價格便宜等優勢，已廣泛應用于電動汽車、電動工具等所需動力電池，具有廣闊的發展前景。尤其在電動汽車領域，2012年，新能源汽車被列為國家戰略性“七大新興產業”之一，并將磷酸鐵鋰材料列入國家新材料“十二五”發展規劃，國家公布了《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012-2020年）》，可以預見，在未來幾年以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子電池生產和銷售量將呈持續上升趨勢。相應地，對已報廢、廢棄的磷酸鐵鋰動力電池進行回收再利用將具有重大意義。CN102664294A公布了一種廢舊磷酸鐵鋰電池的回收方法，該方法將粉碎的電芯碎片用氫氧化鈉溶液浸泡后，過濾、洗滌、干燥和篩分后得到鋁、銅和隔膜；篩下的粉體用酸液清洗，處理后調節鋰、鐵、磷、炭的摩爾比，重新合成磷酸鐵鋰材料，進行再利用。此方法存在重新合成的磷酸鐵鋰材料易摻雜雜質，電化學性能不佳的缺點，且過程中需高溫處理，能耗較高。CN103280610A公布了一種磷酸鐵鋰電池正極廢片回收方法，該方法先用堿液完全溶解正極鋁箔，過濾得到含鋁溶液和含磷酸鐵鋰的濾渣，含鋁溶液再加入酸液調節pH回收氫氧化鋁；濾渣再加入混合酸液，調節pH得到磷酸鐵、雜質等濾渣和含鋰溶液；濾渣再通過酸溶、加堿調節pH回收氫氧化鐵；濾液中的鋰以碳酸鋰回收。此方法需先加入大量堿液完全溶解鋁箔，成本過高，且工藝繁瑣。總結目前所公布的磷酸鐵鋰電池回收方法存在以下不足：1、分離正極片中鋁箔時，使用有機溶劑溶解粘結劑，造成成本居高和環境污染，且存在對人體有害的隱患。或使用大量堿液完全溶解鋁箔實現其與磷酸鐵鋰材料的分離，之后再用酸液調節pH回收鋁，使得酸、堿液使用量較大，成本過高，工藝繁瑣（CN103280610A等）；2、采用硫酸等常規無機酸浸出磷酸鐵鋰材料，再使用堿液調節溶液pH沉淀分離鐵、鋰，但沉淀除鐵時易造成鋰的夾帶損失（CN103280610A、CN102285673A、CN103474719A等）；3、將直接篩選、清洗得到正極片與負極材料組合為新的電池，但廢舊正極材料一般已經損壞較難通過簡單的物理清洗回收使用，使得回收利用的電池性能不佳（CN102017276B等）；4、使用高溫煅燒的方法去除正極的粘結劑、炭黑或負極的石墨，能耗較高（CN101359756B、CN102017276B等）。
技術實現思路
本專利技術旨在克服上述現有回收方法中的缺點，提供一種回收成本低、工藝簡便、高效的磷酸鐵鋰動力電池回收方法。本專利技術首次提出了采用有機酸溶液直接浸出粉碎后的正極片，浸出的同時實現含鋰、鋁溶液與有機酸鐵鹽、雜質等的分離，含鋰、鋁溶液使用堿液調節pH，使得鋰、鋁實現分離。本方法簡化了鋰、鐵、鋁分離工藝，達到低成本高效回收磷酸鐵鋰動力電池的目的。另外，為了實現原料的充分利用，最大限度降低回收成本，擴大回收效益，本專利技術對有機酸根進行了回收，得到了高附加值產品—有機酸鈉鹽。本專利技術的技術方案在于：一種磷酸鐵鋰動力電池的回收利用方法，包括以下步驟：1）將廢舊的磷酸鐵鋰電池放電、拆解后分離得到正負極片、隔膜和外殼，其中，隔膜和外殼直接回收；2)負極片經粉碎后浸沒于水中，經超聲攪拌處理1-6h，過濾，使得銅片與導電劑分離，回收銅片；3）正極片經粉碎、篩分后，使用有機酸液在25-100℃下進行浸出反應，反應1-12小時，過濾得到浸出溶液和濾渣，使得鋰、鋁以離子形式進入溶液，與濾渣中的鐵、炭黑、粘結劑等物質實現分離；4）向步驟3）的浸出溶液中加入堿液，調節溶液pH為8.5-11.0，過濾得到含鋰濾液和Al(OH)3沉淀，使得鋁以Al(OH)3的形式回收；5）將步驟4）的含鋰濾液加熱濃縮后，加入飽和磷酸鈉溶液（Na3PO4），在50℃-100℃沉淀、過濾得到磷酸鋰產品；6)將步驟5）的濾液濃縮后，在20-90℃下結晶1-12小時，過濾得到有機酸鈉鹽產品及母液，母液返回至步驟4）得到的含鋰濾液中。步驟3）中所述的有機酸液為甲酸、乙酸、乙二酸或檸檬酸中的一種或多種，濃度為0.5-15mol/L。步驟3）中正極片質量與有機酸液體積的比值為70-300g/L。步驟4）中所述的堿液為NaOH溶液、氨水溶液中的一種或幾種。步驟5）中所述濃縮后的含鋰濾液中氧化鋰濃度大于2g/L。步驟6）中所述的有機酸鈉鹽為甲酸鈉、乙酸鈉、乙二酸鈉、檸檬酸鈉中的一種或多種。本專利技術的優點在于：1、本專利技術提出使用有機酸液直接浸出磷酸鐵鋰動力電池正極粉碎物料，浸出的同時便實現了鋰、鋁與鐵、炭黑、粘結劑等的分離，簡化了工藝，不需要使用有機溶劑或大量堿液；2、本專利技術首次提出利用了正極片中鋁的還原性，在有機酸液浸出反應時鋁將正極片磷酸鐵鋰活性物質中被氧化的Fe3+還原為Fe2+，使得有機酸亞鐵鹽的沉淀成為可能，并實現了鐵與鋰和鋁的完全分離；3、本專利技術對有機酸根進行了回收，得到了有機酸鈉鹽作為高附加值產品，擴大了回收效益，實現了資源的綜合利用。附圖說明圖1是本專利技術的工藝流程圖。具體實施方式本專利技術用下列實施例來進一步說明本專利技術，但本專利技術的保護范圍并不限于下列實施例。一種磷酸鐵鋰動力電池的回收利用方法，按以下步驟進行：1）將磷酸鐵鋰動力電池放電、拆解后分離出正負極片、隔膜和外殼；隔膜和外殼直接回收；2）將負極片粉碎、過篩后，于水中超聲攪拌處理1-6h，過濾，實現銅片與導電劑分離，回收銅片；3）將正極片粉碎、過篩后使用甲酸或乙酸或乙二酸或檸檬酸或幾者混合酸溶液進行浸出反應，酸濃度0.5-15mol/L，反應時間為1-12小時，反應溫度為25℃-100℃，固液比70-300g/L；4）上述浸出反應過濾后得到含鋰、鋁的濾液，含有機酸鐵鹽、炭黑、粘結劑的濾渣；5）將上述濾液中加入氫氧化鈉或氨水或二者混合溶液，調節pH至8.5-11.0，使得鋁以Al(OH)3形式沉淀并回收，鋰以離子形式保留在溶液中；6）將上述含鋰濾液加熱濃縮，加入飽和Na3PO4溶液，在50-100℃下沉淀、過濾得到磷酸鋰；7)將上述濾液進行濃縮后在20-90℃水浴，100-300r/min攪拌下，結晶1-12小時后，過濾得到有機酸鈉鹽產品，并將母液循環至含鋰溶液中循環使用。實施例1一種磷酸鐵鋰動力電池的回收利用方法，具體步驟為：1）將廢舊的磷酸鐵鋰動力電池完全放電、拆解后得到正負極片、隔膜和外殼，隔膜和外殼直接回收；2）負極片粉碎過8目篩網后用水浸沒，置于超聲機中60min，同時輔以攪拌，過濾回收銅片；3）將正極片粉碎，過8目篩網，取10.1053g篩下物料，使用乙酸和乙二酸的混合酸溶液進行浸出反應，乙酸濃度0.5mol/L，乙二酸濃度1mol/L，反應時間12小時，反應溫度50℃，反應固液比100g/L，攪拌速度250r/min；4）反應結束過濾得到濾液和濾渣，向濾液中加入2mol/L氫氧化鈉溶液調節pH至9.0，進行沉鋁反應，反應時間2h，反應溫度50℃，氫氧化鈉溶液滴加速度10mL/min；沉鋁反應結束過濾得到含鋰濾液和氫氧化鈉沉淀；5）將含鋰濾液加熱濃縮至氧化鋰濃度為2.1g/L，加熱至70℃，加入飽和Na3PO4溶液，反應時本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種磷酸鐵鋰動力電池的回收利用方法，其特征在于，包括以下步驟：1）將廢舊的磷酸鐵鋰電池放電、拆解后分離得到正負極片、隔膜和外殼，其中，隔膜和外殼直接回收；2)?負極片經粉碎后浸沒于水中，經超聲攪拌處理1?6h，過濾，使得銅片與導電劑分離，回收銅片；3）正極片經粉碎、篩分后，使用有機酸液在25?100℃下進行浸出反應，反應1?12小時，過濾得到浸出溶液和濾渣，鋰、鋁以離子形式進入溶液；4）向步驟3）的浸出溶液中加入堿液，調節溶液pH為8.5?11.0，過濾得到含鋰濾液和Al(OH)3沉淀，使得鋁以Al(OH)?3的形式回收；5）將步驟4）的含鋰濾液加熱濃縮后，加入飽和磷酸鈉溶液，在50℃?100℃沉淀、過濾得到磷酸鋰產品；6)?將步驟5）的濾液濃縮后，在20?90℃下結晶1?12小時，過濾得到有機酸鈉鹽產品及母液，母液返回至步驟4）得到的含鋰濾液中。

【技術特征摘要】
1.一種磷酸鐵鋰動力電池的回收利用方法，其特征在于，包括以下步驟：1）將廢舊的磷酸鐵鋰電池放電、拆解后分離得到正負極片、隔膜和外殼，其中，隔膜和外殼直接回收；2)負極片經粉碎后浸沒于水中，經超聲攪拌處理1-6h，過濾，使得銅片與導電劑分離，回收銅片；3）正極片經粉碎、篩分后，使用有機酸液在25-100℃下進行浸出反應，反應1-12小時，過濾得到浸出溶液和濾渣，鋰、鋁以離子形式進入溶液，與濾渣中的鐵、炭黑、粘結劑實現分離；所述的有機酸液為甲酸、乙酸、乙二酸或檸檬酸中的一種或多種，濃度為0.5-15mol/L；正極片質量與有機酸液體積的比值為70-300g/L；4）向步驟3）的浸出溶液中加入堿液，調節溶液pH為8.5-11.0，過濾得到含鋰濾液和Al(OH)3沉淀，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曠戈，李歡，胡松，楊晶喜，孫加興，蔡洋洋，蔡相毅，裴文濤，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：福建;35