一种磷酸铁锂正极材料废料的再生方法、锂离子电池与流程

本发明涉及电子废弃物资源化处理，尤其涉及一种磷酸铁锂正极材料废料的再生方法、锂离子电池。

背景技术：

1、随着新能源汽车广泛推广和国家政策的大力支持，新能源汽车市场获得了极大突破。作为新能源汽车的重要动力源-锂离子电池，其产量也获得极速飞跃。其中，磷酸铁锂电池占比达60％以上，且随着新能源汽车和储能领域的发展依旧保持迅速增长势头。然而，由于锂离子电池的循环使用寿命5至8年不等，随着近10年的发展，早期生产的磷酸铁锂电池已经进入报废期，随着市场规模的扩大其报废产量也与日俱增。磷酸铁锂电池富含li、fe等大量金属，通过有效回收途径可以降低市场对li等稀缺资源的依赖，回收的金属资源具有可观的经济性；此外，电池生产过程产生大量的二氧化碳主要分布在材料制造环节，通过回收电池废料可以有效减少碳排放；与此同时，废旧锂离子电池中也含有一定量的有机粘结剂、有机电解液和有害的锂盐。因此，回收废旧的锂离子电池不仅可以有效缓解金属资源短缺问题和环境问题，而且还具有一定的经济效益。

2、针对磷酸铁锂正极材料废料的回收再生，传统的火法和湿法回收工艺均采用破碎性的回收方式，将电池彻底粉碎后，通过冶炼(一般温度≥900℃)或强酸等一系列处理方式分别得到熔融合金和金属混合溶液，再经一系列复杂流程进行梯次分离，得到锂和铁的原材料，主要为锂盐和铁盐，最后重头开始制备新的电池，采用这样的回收途径易造成能量和资源的浪费。此外，当前也有部分工艺提出向磷酸铁锂废料中加入锂源(li2co3和lioh)在高温条件下直接再生，然而该方法获得的再生材料存在杂质和一定的晶格缺陷，难以直接作为正极材料去使用。因此有必要开发新型回收途径在相对温和条件下处理磷酸铁锂废料，获得的回收产品具有良好的品质并直接作为制备磷酸铁锂的前驱体，从而实现对磷酸铁锂正极材料的循环利用。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种磷酸铁锂正极材料废料的再生方法、锂离子电池。本发明旨在解决现有废旧磷酸铁锂电池处理技术存在的处理过程复杂、能耗高、二次污染严重、产物杂质多、再生产物品质低的问题。同时，通过本发明能够有效实现废旧磷酸铁锂电池正极材料的转化和回收，最终获得的再生正极电极材料能够重新达到电池级标准。

2、第一方面，本发明提供了一种磷酸铁锂正极材料废料的再生方法，所述磷酸铁锂正极材料废料的再生方法包括以下步骤：

3、将磷酸铁锂正极材料废料加入中强酸溶液中进行酸浸溶解，后过滤，得到透明溶液；

4、将所述透明溶液进行回流加热，后过滤，得到铁磷产物和含锂溶液；

5、将所述含锂溶液进行处理，得到锂盐产物；

6、将所述铁磷产物、所述锂盐产物和碳源进行混合，后于惰性氛围下进行焙烧，得到lifepo4/c复合材料。

7、进一步地，所述中强酸包括磷酸，所述磷酸的浓度为0.3～1.1mol/l。

8、进一步地，所述回流加热的工作参数包括：温度为60～90℃，时长为6～12小时。

9、进一步地，将所述含锂溶液进行处理，得到锂盐产物的步骤包括以下过程：

10、向所述含锂溶液中加入碱调ph至12～14，后通入co2气体或加入碳酸盐类化合物，过滤并干燥，得到所述锂盐产物。

11、进一步地，将所述含锂溶液进行处理，得到锂盐产物的步骤包括以下过程：

12、将所述含锂溶液进行真空干燥，得到油状粘稠物；

13、将所述油状粘稠物和乙醇进行混合溶解，后进行过滤、洗涤和干燥，得到所述锂盐产物。

14、进一步地，所述铁磷产物、所述锂盐产物(li2co3)和所述碳源的摩尔比为2:(1.05～1.15):(0.3～0.5)。

15、进一步地，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂和炭黑中的至少一种。

16、进一步地，所述焙烧的工作参数包括：温度为650～900℃，时长为8～12小时。

17、第二方面，本发明提供了一种lifepo4/c复合材料，所述lifepo4/c复合材料是采用第一方面任一项所述的磷酸铁锂正极材料废料的再生方法制得。

18、第三方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括至少部分采用第二方面任一项所述的lifepo4/c复合材料制得的电池正极。

19、本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：

20、本发明实施例提供了一种磷酸铁锂正极材料废料的再生方法，通过将磷酸铁锂正极材料废料在中强酸磷酸的作用下彻底分解溶解，提升了磷酸铁锂的溶解效率，大大提高了锂元素的有效回收率；经过回流加热，进一步反应沉淀产出纳米级层状结构fepo4·2h2o(铁磷产物)，可以直接作为磷酸铁锂制备的铁源和磷源；此外，溶液主要为锂溶液，可以分别以lih2po4和li2co3的形式回收获得锂盐产物，其可以作为制备正极材料的主要锂源。因此，经过该发明提出的工艺，从而实现磷酸铁锂废料各元素的有效回收，所获产物按照一定比例加入碳源后，经过高温无氧焙烧，获得lifepo4/c的复合材料，被验证可以直接作为磷酸铁锂正极材料。从而有效解决了现有废旧磷酸铁锂电池处理技术存在的处理过程复杂、能耗高、二次污染严重、产物杂质多、再生产物品质低的问题。同时，通过本发明能够有效实现废旧磷酸铁锂电池正极材料的转化和回收，最终获得的再生正极电极材料能够重新达到电池级标准。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂正极材料废料的再生方法，其特征在于，所述磷酸铁锂正极材料废料的再生方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料废料的再生方法，其特征在于，所述中强酸包括磷酸，所述磷酸的浓度为0.3～1.1mol/l。

3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料废料的再生方法，其特征在于，所述回流加热的工作参数包括：温度为60～90℃，时长为6～12小时。

4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料废料的再生方法，其特征在于，将所述含锂溶液进行处理，得到锂盐产物的步骤包括以下过程：

5.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料废料的再生方法，其特征在于，将所述含锂溶液进行处理，得到锂盐产物的步骤包括以下过程：

6.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料废料的再生方法，其特征在于，所述铁磷产物、所述锂盐产物(li2co3)和所述碳源的摩尔比为2:(1.05～1.15):(0.3～0.5)。

7.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料废料的再生方法，其特征在于，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂和炭黑中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的磷酸铁锂正极材料废料的再生方法，其特征在于，所述焙烧的工作参数包括：温度为650～900℃，时长为8～12小时。

9.一种lifepo4/c复合材料，其特征在于，所述lifepo4/c复合材料是采用权利要求1～8任一项所述的磷酸铁锂正极材料废料的再生方法制得。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括至少部分采用权利要求9所述的lifepo4/c复合材料制得的电池正极。

技术总结
本发明涉及一种磷酸铁锂正极材料废料的再生方法、锂离子电池，涉及电子废弃物资源化处理技术领域，所述磷酸铁锂正极材料废料的再生方法包括以下步骤：将磷酸铁锂正极材料废料加入中强酸溶液中进行酸浸溶解，后过滤，得到透明溶液；将所述透明溶液进行回流加热，后过滤，得到铁磷产物和含锂溶液；将所述含锂溶液进行处理，得到锂盐产物；将所述铁磷产物、所述锂盐产物和碳源进行混合，后于惰性氛围下进行焙烧，得到LiFePO<subgt;4</subgt;/C复合材料。本发明解决了现有废旧磷酸铁锂电池处理技术存在的处理过程复杂、能耗高、二次污染严重、产物杂质多、再生产物品质低的问题。同时，通过本发明最终获得的再生正极电极材料能够重新达到电池级标准。

技术研发人员：赖一铭,杨允杰,汪勇,郭红祥,张文齐,陈心,韩郑旭
受保护的技术使用者：华鼎国联四川动力电池有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25