以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法及其应用技术

本发明专利技术涉及钠离子电池技术领域，具体而言，涉及以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法及其应用。所述的以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法包括：将废弃磷酸铁锂材料与碱液混合并反应，然后固液分离，得到含铝滤液和磷酸铁锂滤渣；将所述磷酸铁锂滤渣、氯化铝和氯化钠混合均匀后，进行真空焙烧，得到焙烧料；将所述焙烧料与钠源、铁源和磷源中的至少一种混合均匀，得到混合料，然后向其中加入氟源、碳源和溶剂，混合均匀后依次进行干燥和煅烧，得到碳包覆的氟磷酸铁钠。该方法具有成本低、附加值高，流程短，回收率高以及制得的碳包覆的氟磷酸铁钠电化学性能优异等优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体而言，涉及以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法及其应用。

技术介绍

[0002]基于丰富的钠资源储量和与锂离子电池相似的工作原理，钠离子电池研究近年来受到了持续关注，是有望促进储能技术低成本应用和可持续发展的新型储能技术之一。聚阴离子型化合物是一类被广泛研究的高性能、高安全正极材料，其结构中的强共价键有利于稳定结构框架，有效提升了电极在充放电过程中的安全性。
[0003]磷酸铁钠一般认为电化学活性较差，而引入了氟，形成氟磷酸铁钠，则可以提高电化学活性，同时提高电压平台，所以此改性是钠电池正极材料方面改性较为成功。
[0004]磷酸铁锂废料主要是在电池生产过程产生的废极片，即电池报废后拆解电池产生的极片，根据统计，2021年，全年磷酸铁锂的出货量为48万吨，2022年预计将达到100万吨。如何资源化利用这些资源，成为研究热点。
[0005]而钠电池越来越成为未来的重要的发展趋势，特别是随着锂价格的逐渐攀升。因此，利用报废的锂电池资源制备钠电池材料，具有重要意义。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的第一目的在于提供一种以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法，该方法具有成本低、附加值高，流程短，回收率高以及制得的碳包覆的氟磷酸铁钠电化学性能优异等优点。
[0008]本专利技术的第二目的在于提供一种正极极片。/>[0009]本专利技术的第三目的在于提供一种钠离子电池。
[0010]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供了一种以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法，包括如下步骤：
[0012](a)、将废弃磷酸铁锂材料与碱液混合并反应，然后固液分离，得到含铝滤液和磷酸铁锂滤渣；
[0013]其中，所述废弃磷酸铁锂材料包括电池报废后拆解电池产生的极片，其主要成分包括磷酸铁锂和铝。
[0014]步骤(a)废弃磷酸铁锂材料与碱液反应，目的是使所述废弃磷酸铁锂材料中的铝反应，使铝溶解。
[0015]在本专利技术一些具体的实施例中，步骤(a)中的反应常温即可，无需加热，因为铝与氢氧化钠反应会产生大量的热。
[0016]在本专利技术一些具体的实施例中，步骤(a)中，所述反应至气泡消失，即再无气泡冒
出。优选地，步骤(a)中，所述反应的时间为1～10h，包括但不限于2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
[0017]所述含铝滤液的主要成分为偏铝酸根离子。
[0018]所述磷酸铁锂滤渣的主要成分为磷酸铁锂。
[0019](b)、将所述磷酸铁锂滤渣、氯化铝和氯化钠混合均匀后，进行真空焙烧，得到焙烧料。
[0020]本专利技术采用氯化铝和氯化钠为焙烧的添加剂，既可以实现氯化焙烧，又可以利用氯化铝与锂元素反应形成四氯铝酸锂，利用四氯铝酸锂沸点较低的原理，将锂元素蒸发出去，同时将钠元素留下，其他元素，如磷、铁等也大部分都保留下来。
[0021]即，所述焙烧料的主要成分为磷酸铁钠。
[0022]在真空焙烧的过程中，四氯铝酸锂会以废气形式逸出。
[0023]所述真空焙烧即为真空气氛下进行焙烧，采用真空焙烧能够降低四氯铝酸锂的沸点，降低焙烧温度，在充分分离四氯铝酸锂的同时，降低能耗。
[0024](c)、将所述焙烧料与钠源、铁源和磷源中的至少一种混合均匀，得到混合料，然后向其中加入氟源、碳源和溶剂，混合均匀后依次进行干燥和煅烧，得到碳包覆的氟磷酸铁钠。
[0025]其中，所述钠源、铁源和磷源分别用于补钠、补铁和补磷。
[0026]所述碳源一方面作为还原剂，将二价铁还原为三价铁；另一方面作为包覆剂，包覆在氟磷酸铁钠表面，增强导电性。
[0027]即，本专利技术步骤(c)中制得的碳包覆的氟磷酸铁钠包括氟磷酸铁钠和至少部分包覆在所述氟磷酸铁钠表面的碳包覆层。
[0028]本专利技术提供的以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法，工艺流程短，成本低，环保性高，铁、磷的回收率较高，可以制得高性能的钠电池正极材料
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碳包覆的氟磷酸铁钠。
[0029]在本专利技术一些具体的实施方式中，所述碳包覆的氟磷酸铁钠中的碳所占的质量分数为1％～5％，包括但不限于2％、3％、4％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
[0030]优选地，步骤(a)中，所述废弃磷酸铁锂材料和所述碱液的质量比为1：5～15；包括但不限于1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
[0031]优选地，所述碱液包括氢氧化钠溶液。采用氢氧化钠溶液便于后续回收制得碳酸钠。
[0032]优选地，所述碱液的摩尔浓度为3～5mol/L，包括但不限于3.5mol/L、4mol/L、4.5mol/L中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
[0033]优选地，步骤(a)中，所述含铝滤液重复利用至其中的氢氧根离子的摩尔浓度<0.2mol/L，包括但不限于0.15mol/L、0.1mol/L、0.05mol/L、0.01mol/L中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值，得到废弃含铝液。
[0034]优选地，步骤(a)中，还包括将所述废弃含铝液进行回收处理，制得氯化铝和碳酸钠的步骤。
[0035]优选地，所述回收处理的方法包括：向所述废弃含铝液中通入二氧化碳，降低其pH
至9～11，包括但不限于9.3、9.5、10、10.5、10.8中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。然后固液分离，得到氢氧化铝沉淀和碳酸钠滤液。所述氢氧化铝沉淀与盐酸混合并反应，然后浓缩结晶，得到氯化铝。所述碳酸钠滤液经过浓缩结晶，得到碳酸钠。
[0036]在本专利技术一些具体的实施方式中，所述通入二氧化碳的过程中，混合物料的温度为40～60℃，包括但不限于42℃、45℃、50℃、55℃、58℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
[0037]上述制得的氯化铝可投入到步骤(b)中使用。
[0038]上述制得的碳酸钠可投入到步骤(c)中作为钠源使用。
[0039]本专利技术充分利用了废弃磷酸铁锂材料中的所有组分，包括铝(铝箔)，用于制备氯化铝，氢氧化钠溶液(碱液)制备碳酸钠，减少了废弃物的产生，节约了成本。
[0040]优选地，步骤(b)中，所述磷酸铁锂滤渣中的锂元素、所述氯化铝和所述氯化钠的摩尔比为1：1.2～1.5：1.02～1.05；例如为1:1.2:1.02、1:1.2:1.03、1:1.2:1.04、1:1.2:1.05、1:1.3:1.02、1:1.3:1.03、1:1.3:1.04、1:1.3:1.05、1:1.4:1.02、1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)、将废弃磷酸铁锂材料与碱液混合并反应，然后固液分离，得到含铝滤液和磷酸铁锂滤渣；(b)、将所述磷酸铁锂滤渣、氯化铝和氯化钠混合均匀后，进行真空焙烧，得到焙烧料；(c)、将所述焙烧料与钠源、铁源和磷源中的至少一种混合均匀，得到混合料，然后向其中加入氟源、碳源和溶剂，混合均匀后依次进行干燥和煅烧，得到碳包覆的氟磷酸铁钠。2.根据权利要求1所述的以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述废弃磷酸铁锂材料和所述碱液的质量比为1：5～15；优选地，所述碱液包括氢氧化钠溶液；优选地，所述碱液的摩尔浓度为3～5mol/L。3.根据权利要求2所述的以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述含铝滤液重复利用至其中的氢氧根离子的摩尔浓度<0.2mol/L，得到废弃含铝液；优选地，步骤(a)中，还包括将所述废弃含铝液进行回收处理，制得氯化铝和碳酸钠的步骤；优选地，所述回收处理的方法包括：向所述废弃含铝液中通入二氧化碳，降低其pH至9～11，然后固液分离，得到氢氧化铝沉淀和碳酸钠滤液；所述氢氧化铝沉淀与盐酸混合并反应，然后浓缩结晶，得到氯化铝；所述碳酸钠滤液经过浓缩结晶，得到碳酸钠。4.根据权利要求1所述的以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法，其特征在于，步骤(b)中，所述磷酸铁锂滤渣中的锂元素、所述氯化铝和所述氯化钠的摩尔比为1：1.2～1.5：1.02～1.05；优选地，步骤(b)中，所述真空焙烧的温度为400～600℃，所述真空焙烧的时间为4～6h；所述真空焙烧的真空度为
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0.04～
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0.08MPa。5.根据权利要求1所述的以废弃磷酸铁锂制备碳包覆的氟磷酸铁钠的方法，其特征在于，步骤(b)中，收集所述真空焙烧所产生的废气料，并将其与氨水混合、进行沉铝反应，然后固液分离，再将所述固液分离后所得的固体物料进行烧结，得到氧化铝，并将所述固液分离后所得的液体物料与碳酸钠混合并进行沉锂反应，固液分离后得到碳酸锂；优...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勤，杨娇娇，黄珊珊，
申请(专利权)人：湖北万润新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：