利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法及其应用与流程

本发明涉及废旧锂电池资源回收，具体而言，涉及利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法及其应用。

背景技术：

1、磷酸铁锂电池因具有循环寿命长、安全性能好、无记忆效应、绿色环保等优点，而被广泛应用在电动汽车和储能领域。随着磷酸铁锂电池销量快速增长，意味着未来将有大量的磷酸铁锂电池报废，因此回收磷酸铁锂电池中的锂具有着重要意义。

2、目前，磷酸铁锂通过火法冶金和湿法浸出两种方式可以回收得到锂。其中，磷酸铁锂中锂含量偏低不足5％，通过火法冶金不仅能耗高，而且回收率也偏低。湿法浸出工艺是通过化学、物理等反应将磷酸铁锂中的有价金属转入液相再进行回收，该方法虽然能耗较低、金属回收率高、回收产物纯度高等优点，但是酸、碱耗量大、得到的富锂母液杂质高，生成的渣量大、杂质高。

3、例如，cn104953200a通过充电将磷酸铁锂中的锂转移至负极石墨中形成lixc，高活性的lixc能与水反应制备氢氧化锂，进而获得碳酸锂粉末。但是这种方法不能充分回收磷酸铁锂中锂，而且回收电池的充电、满电拆解以及与水反应都存在着较大的安全隐患。

4、再如，cn102903985a和cn104953200a专利中是通过将待回收磷酸铁锂正极极片在高温下进行热处理，最后利用酸、碱等回收得到碳酸锂。这种方法虽然能有效去除有机物、碳等物质，并将二价铁进行氧化，但是热处理不仅增加了能耗、成本，而且其氧化后生成的产物不利于浸出，影响导致回收率。

5、又如，cn107352524a采用湿法浸出工艺制备了li2co3和fepo4，然在整个工艺过程中，不仅消耗了大量的无机酸、碱，而且还引入的很多新的阴、阳离子，增加了除杂的难度，最终所得碳酸锂产品杂质含量高，性质不稳定。

6、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，通过电解实现对磷酸铁锂废料中锂的浸出，无需消耗酸或碱，也无需进行除杂，同时电解产生的氯气与磷酸铁锂废料反应生成磷酸铁，该方法具有工艺简单、成本低、制得的碳酸锂纯度高以及环保等优点。

2、本发明的第二目的在于提供如上所述的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法所制得的碳酸锂和磷酸铁在锂离子电池中的应用。

3、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

4、本发明提供了利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，包括如下步骤：

5、将阳极和阴极分别置于电解液中，所述电解液中包括cl-，所述阳极和所述阴极之间设置有锂离子交换膜，所述锂离子交换膜将所述阳极和所述阴极隔离开以形成阳极区和阴极区；所述阳极区的电解液中还包括磷酸铁锂废料；所述阳极区封闭设置；

6、将所述阳极和所述阴极通电，进行电解，所述阳极区产生氯气后与电解液中的水以及所述磷酸铁锂废料反应，生成磷酸铁和li+；

7、在电势和所述锂离子交换膜的作用下，所述li+由阳极区进入阴极区，并在阴极区富集；

8、待所述电解完成后，将所述阳极区内的混合物料固液分离，得到所述磷酸铁；将所述阴极区内的含锂液与碳酸盐混合或者向所述阴极区内的含锂液内通入二氧化碳，进行沉锂反应，待所述沉锂反应完成后固液分离，得到所述碳酸锂。

9、优选地，所述阳极和所述阴极之间还设置有滤网，所述滤网设置在所述阳极区内并与所述锂离子交换膜相贴合；

10、优选地，所述滤网的孔径小于所述磷酸铁锂废料的粒径。

11、优选地，所述电解液包括licl溶液、nacl溶液和kcl溶液中的至少一种；

12、优选地，所述电解液的摩尔浓度为0.01～1mol/l。

13、优选地，所述电解液和所述磷酸铁锂废料的质量比为2～5：1。

14、优选地，所述电解的电压为0.1～5v；

15、优选地，所述电解的时间为0.5～10h。

16、优选地，所述阴极区的顶端设置有氢气收集装置，所述氢气收集装置用于收集所述阴极区产生的氢气。

17、优选地，所述碳酸盐包括na2co3和/或nahco3；

18、优选地，所述含锂液中的锂元素与碳酸盐中的碳酸根的摩尔比为1.8～2：1。

19、优选地，所述沉锂反应的温度为35～95℃，所述沉锂反应的时间为10～60min。

20、优选地，所述碳酸锂的纯度≥99％。

21、本发明还提供了如上所述的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法所制得的碳酸锂和磷酸铁在锂离子电池中的应用。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

23、(1)本发明提供的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，通过电解含cl-和磷酸铁锂废料的混合液，实现了对磷酸铁锂废料中锂的浸出。整个过程中不仅未使用过氧化氢或氯酸钠等氧化剂，而且无需消耗酸或碱，显著降低了成本。

24、(2)本发明提供的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，无需进行除杂处理，产品中的杂质离子仅通过水洗即可去除。

25、(3)本发明提供的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，具有制得的碳酸锂纯度高、简单、成本低、环保以及可连续生产等优点。

技术特征：

1.利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，其特征在于，所述阳极和所述阴极之间还设置有滤网，所述滤网设置在所述阳极区内并与所述锂离子交换膜相贴合；

3.根据权利要求1所述的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，其特征在于，所述电解液包括licl溶液、nacl溶液和kcl溶液中的至少一种；

4.根据权利要求1所述的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，其特征在于，所述电解液和所述磷酸铁锂废料的质量比为2～5：1。

5.根据权利要求1所述的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，其特征在于，所述电解的电压为0.1～5v；

6.根据权利要求1所述的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，其特征在于，所述阴极区的顶端设置有氢气收集装置，所述氢气收集装置用于收集所述阴极区产生的氢气。

7.根据权利要求1所述的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，其特征在于，所述碳酸盐包括na2co3和/或nahco3；

8.根据权利要求1所述的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，其特征在于，所述沉锂反应的温度为35～95℃，所述沉锂反应的时间为10～60min。

9.根据权利要求1～8任一项所述的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法，其特征在于，所述碳酸锂的纯度≥99％。

10.如权利要求1～9任一项所述的利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法所制得的碳酸锂和磷酸铁在锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明涉及废旧锂电池资源回收技术领域，具体而言，涉及利用磷酸铁锂废料制备碳酸锂和磷酸铁的方法及其应用。该方法包括：阳极和阴极分别置于含Cl‑电解液中形成阳极区和阴极区，阳极区的电解液中还包括磷酸铁锂废料；将阳极和阴极通电进行电解，阳极区产生氯气后与电解液中的水以及磷酸铁锂废料反应，生成磷酸铁和Li<supgt;+</supgt;；Li<supgt;+</supgt;由阳极区进入阴极区并在阴极区富集；待电解完成后，将阳极区内的混合物料固液分离，得到磷酸铁；将阴极区内的含锂液与碳酸盐混合并进行沉锂反应后固液分离，得到碳酸锂。本发明通过电解实现对磷酸铁锂废料中锂的浸出，无需消耗酸或碱，也无需进行除杂，同时电解产生的氯气与磷酸铁锂废料反应生成磷酸铁。

技术研发人员：闫明,任明明,豆君,马春阳,尹盛玉,尹金佩,王洋,孙学磊,郭飞飞
受保护的技术使用者：河南佰利新能源材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13