用于回收利用磷酸铁锂电池的方法技术

本发明专利技术涉及一种回收利用磷酸铁锂电池的方法，旨在能够从黑色物质中分离回收元素。使至少包含阴极和阳极部件的黑色物质浸入pH 13

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于回收利用磷酸铁锂电池的方法


[0001]本专利技术总体上涉及一种用于回收利用废旧锂离子电池的方法。更特别地，本专利技术涉及一种用于回收利用废旧磷酸铁锂电池的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池含有有价值的材料，当这些电池用完并被丢弃时这些有价值的材料将被浪费。随着锂离子电池使用的增加，从废旧锂离子电池中回收这些有价值的材料已成为重要产业。特别地，磷酸铁锂(“LFP”)电池正在成为常见类型的锂离子电池。优先于其他类型的锂离子电池，在电动车辆和电网中LFP电池的消耗量正在大幅增长，因为它们往往更便宜、更安全并且持续时间更长。因此，不能简单地忽略锂离子电池废物流中LFP的存在，纵然大多数工艺仅仅关注于镍、钴和锰的回收。
[0003]锂离子电池、尤其是LFP电池的消耗后可使电动车辆的生命周期影响减少近50％[1]。使用生命周期分析计算的与生产每kg LFP活性材料相关的全球变暖潜能值在19至55MJ左右徘徊。因此，只要循环经济原则到位，回收利用所有的锂离子电池而不仅仅是富含镍、钴和锰的那些，将是推动地方经济的重大机遇。
[0004]常规地，首先将废旧LFP电池拆解以分离出其阴极。然后将阴极压碎或切碎用于回收利用。废旧LFP电池的其余部分例如阳极被作为废物丢弃。分离电池的不同零件是非常消耗劳力且费时的。因此，在回收利用之前没有首先经历进一步预处理的情况下，常规的回收利用方法不能充分处理LFP电池的电池零件、特别是来自通过切碎废旧电池获得的并且包含阴极和阳极两者的黑色物质的电池零件的回收利用。
[0005]目前回收利用LFP电池的努力往往集中于锂的回收，而不利于其他不太昂贵但仍可用的材料，像铁和磷酸铁。CN 107240731B描述了通过化学方法以碳酸锂的形式从LFP电池获得锂的方法，而没有提及获得铁或磷酸铁。因此，显著量此类材料被允许作为废物丢弃而不是被回收。
[0006]LFP黑色物质含有许多种类型的杂质，这些杂质可能对从回收利用中回收的有价值的材料的纯度产生不利影响。该黑色物质需要经历包括化学分离的进一步处理以去除比如氟离子、铝和铜等杂质。用于回收利用从其他类型的电池获得的黑色物质的常规方法典型地通过改变pH水平来去除铝，对于LFP类似的方法导致铁和铝一起被去除。常规方法典型地通过置换或者通过经由添加氢氧化钠而沉淀来除去铜，但对于LFP黑色物质采用此方法导致其他元素(比如磷酸铁)和铜一起被去除。去除此类杂质的这些方法不允许任何对于此类元素的分离回收(isolated recovery)，因为它们与其他元素一起被去除。
[0007]铝在锂离子电池中作为阴极集流体起着关键作用，而在LFP电池中也不例外。如果铝与活性材料的摩尔比超过3％，则无法将铝电流导体与活性材料分离可能会使再生阴极的容量降低近40％。另外，在已知的LFP方法中，杂质的去除是分离和回收有价值的材料(例如锂)以再利用的必要步骤，但导致了其他可用的材料仅仅作为废物丢弃[2，3]。
[0008]此外，常规的LFP电池回收利用方法没有妥善地解决氟的去除问题。Tasaki,Ken等
人[4]通过描述电解质溶液中的六氟磷酸锂(存在于大多数锂离子电池中)与少量水或醇反应而导致氟化氢的存在的危害来对此进行了说明，但并未提供任何解决方案。氟化合物具有腐蚀性并且可能损坏回收利用设备，对可能随后进行提取的元素的纯度具有负面影响，并且对电池性能具有破坏作用。
[0009]因此，存在对于降低有价值材料损失的LFP电池回收利用方法的需要以及更好地处理杂质的去除的需要。
[0010]本专利技术力图满足这些需求。此外，从结合附图阅读的其余描述中，其他令人期望的特征和特性将变得显而易见。

技术实现思路

[0011]在本专利技术的一个方面，提供了一种回收利用从磷酸铁锂电池获得的黑色物质的方法，该方法包括：碱浸出步骤，其包括向该黑色物质添加pH为13
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14的碱溶液以获得第一浸出液和第一固体残余物；酸浸出步骤，其包括向该第一固体残余物添加4M
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6M酸溶液持续第一持续时间，以获得第二浸出液；使该第二浸出液通过第一离子交换柱，其中来自该第二浸出液的氟离子保留在该第一树脂柱中以获得第一洗脱液；使该第一洗脱液通过第二离子交换柱，其中来自该第一洗脱液的铜离子保留在该第二树脂柱中以获得第二洗脱液；铁沉淀步骤，其包括使该第二洗脱液的pH升高至2.5
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5和向该第二洗脱液中添加一定量的磷酸，以获得第一溶液和磷酸铁(III)沉淀物；将该第一浸出液和该第一溶液合并以获得第二溶液；以及将该第二溶液的pH调节至约6.5以获得残余沉淀物和锂溶液，其中该磷酸的量足以在该第二洗脱液中实现相等的三价铁与磷酸根阴离子的化学计量比。
[0012]任选地，该酸溶液选自由硫酸和盐酸组成的组。任选地，该酸浸出步骤进一步包括将该酸溶液稀释约1/2以及向该酸溶液中添加第一氧化剂持续第二持续时间以获得该第二浸出液。任选地，该第一和第二持续时间各自为约30
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60分钟并且相继进行。任选地，该铁沉淀步骤进一步包括向该第二洗脱液中添加第二氧化剂。
[0013]任选地，该第一和/或第二氧化剂选自由过氧化氢、臭氧、氧气、氯气和高锰酸钾组成的组。任选地，所添加的该第一和/或第二氧化剂是过氧化氢并且为约500ml/kg该黑色物质。任选地，该磷酸铁(III)沉淀物具有>99.5％的纯度。任选地，该残余沉淀物主要包括氢氧化铝、氢氧化铜(II)、氟化钙和氢氧化铁(III)。
附图说明
[0014]图1是描绘了根据本专利技术的主要实施方案的磷酸铁锂回收利用方法的框图。
[0015]图2描绘了从第一溶液获得的沉淀物的XRD分析图。
具体实施方式
[0016]在以下具体实施方式中，对形成本文一部分的附图进行参考。在具体实施方式和附图中描述的方法和系统是为了说明的目的而不意味着限制。在不脱离本文呈现的披露内容的范围的情况下，可以利用其他实施方案，并且可以进行其他改变。在本披露中，在特定附图中对给定元件的描绘或对特定元件编号的考虑或使用或者在相应的描述性材料中对其的引用可以涵盖在另一附图或与其相关的描述性材料中标识的相同的、等同的或类似的
元件或元件编号。
[0017]黑色物质是通过将至少阴极和阳极LFP电池材料一起压碎/切碎制备的。黑色物质可共同包含废旧LFP电池的所有关键元素，包括阳极和阴极材料两者。
[0018]参照图1，描绘了框图100，其描绘了根据本专利技术的主要实施方案的磷酸铁锂回收利用方法。使先前获得的黑色物质经受碱浸出步骤。向黑色物质添加pH13
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14的碱溶液以获得第一浸出液和第一固体残余物，以使存在于黑色物质中的铝浸出到第一浸出液101中。在非限制性实施例中，碱溶液是10％氢氧化钠溶液。虽然强碱(即在水中完全电离的碱)是优选的，但对于技术人员将显而易见的是可以使用任何碱，只要所得pH为13
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14并且该碱不会引入不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种回收利用从磷酸铁锂电池获得的黑色物质的方法，该方法包括：碱浸出步骤，其包括向该黑色物质添加pH为13
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14的碱溶液以获得第一浸出液和第一固体残余物；酸浸出步骤，其包括向该第一固体残余物添加4M
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6M酸溶液持续第一持续时间，以获得第二浸出液；使该第二浸出液通过第一离子交换柱，其中来自该第二浸出液的氟离子保留在该第一树脂柱中以获得第一洗脱液；使该第一洗脱液通过第二离子交换柱，其中来自该第一洗脱液的铜离子保留在该第二树脂柱中以获得第二洗脱液；铁沉淀步骤，其包括使该第二洗脱液的pH升高至2.5
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5和向该第二洗脱液中添加一定量的磷酸，以获得第一溶液和磷酸铁(III)沉淀物；将该第一浸出液和该第一溶液合并以获得第二溶液；以及将该第二溶液的pH调节至约6.5以获得残余沉淀物和锂溶液，其中，该磷酸的量足以在该第二洗脱液中实现相等的三价铁与磷酸根阴离子的化学计量比。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷扎，
申请(专利权)人：绿狮私人有限公司，
类型：发明
国别省市：