一种基于离子平衡法回收废旧磷酸铁锂的方法

本发明涉及废旧锂离子电池回收领域，具体涉及一种基于离子平衡法回收废旧磷酸铁锂的方法。

背景技术：

1、在全球范围内推广新能源骑车，对环境保护、节能减排至关重要。随着政府的大力推广，新能源汽车数量呈现出逐年增加的趋势。预计到2025年，全球新能源汽车销量将达到1800万辆，到2030年，全球电动汽车销量预计将超过3000万辆。锂离子电池由于其高容量、高循环等优质性能在电动汽车和电力存储系统中得到了快速发展。然而，锂电池的使用寿命一般为3-5年，未来数以百万吨的锂离子动力电池面临失效退役的问题，废旧锂离子电池中含有大量高价值元素，具有很大的回收及提取价值。同时，电解质等有机组分易造成环境污染，迫使对废旧锂离子电池的二次回收处理。因此，选择合适的策略来回收废旧锂离子电池对推动我国节能减耗、环境污染防治以及减轻资源压力都具有重要意义。

2、目前，废旧锂离子电池按照正极材料不同大致分为磷酸铁锂型、镍钴锰酸锂型和钴酸锂型等。其中，磷酸铁锂型锂电池因其高热稳定性和长周期跨度，占据了不可或缺的市场份额(在锂电池行业中占据了32％)。废旧磷酸铁锂电池的回收技术包括火法冶金，湿法化学萃取和直接回收。火法冶金因其对复杂化学成分的耐久性而适用于大规模生产，但其低回收率和大量气体排放仍然具有挑战性。直接回收通常是在高温煅烧的辅助下，通过补充锂源，保留原有结构，修复受损晶格，然而，该方法对于原料要求比较严格，但实际废旧锂离子电池的组成情况复杂，因此限制了该方法的大规模工程应用。相比之下，湿法化学萃取直接从废旧锂离子电池中回收所需元素，效率高，应用广泛，然而，在湿法工艺中常常会使用大量的化学物质，降低了循环的经济性，并会产生严重的二次污染。

3、本发明的目的是克服目前现有技术的不足而提供一种基于离子平衡法回收废旧磷酸铁锂的方法。本工艺在基于湿法技术的基础上，添加二氧化硅作为可重复使用的电子吸附剂，还原氧气生成氢氧根阴离子，在微量磷酸作用下与废旧磷酸铁锂反应形成氢氧化铁沉淀与磷酸锂溶液，与传统酸浸相比大大减少了对酸的使用量，为废旧锂离子在湿法回收方向提供了新的技术可行性。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，提供了一种基于离子平衡法回收废旧磷酸铁锂的方法。具体包括：

2、s1，将废旧磷酸铁锂电池进行放电、拆解、分离等预处理，得到磷酸铁锂粉末；

3、s2，将磷酸铁锂粉末与二氧化硅粉末按比例进行球磨；

4、s3，将磷酸铁锂与二氧化硅组成的混合粉末加入去离子水配置成溶液置于超声反应器中；

5、s4，反应开始前于超声反应器中利用曝气头进行预曝气；

6、s5，保持曝气状态，利用运输泵向反应器中添加磷酸溶液，并开启超声进行反应；

7、s6，将反应后的固液混合物进行过滤分离，得到磷酸锂溶液与氢氧化铁沉淀。

8、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做出如下改进：

9、进一步，s1中废旧磷酸铁锂锂离子电池为新能源汽车报废所得。

10、进一步，s2中磷酸铁锂粉末与二氧化硅粉末的混合质量比为1:1～3:1，球磨频率为35～45hz，球磨时间为2～4h。

11、进一步，s3中混合粉末与去离子水的固液比为1:20～1:40(g/ml)。

12、进一步，s4中预曝气的气体种类为氧气。

13、进一步，s4中预曝气的气体流量为60～100ml/min，曝气时间为2～4h。

14、进一步，s5中泵入的磷酸溶液浓度为1mol/l，反应温度为40～70℃。

15、根据本发明提供的一种基于离子平衡法回收废旧磷酸铁锂的方法，具有以下有益效果：

16、(1)本发明方法处理废旧磷酸铁锂电池流程简单高效，操作便捷，大大降低了回收处理成本，具有较好的经济效益；

17、(2)本发明方法实现了固体废物的全元素闭环回收，且在处理过程中无有害物质排放，减少了环境污染，节省了资源。

技术特征：

1.一种基于离子平衡法回收废旧磷酸铁锂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于离子平衡法回收废旧磷酸铁锂的方法，其特征在于：s2中磷酸铁锂粉末与二氧化硅粉末的混合质量比为1:1～3:1，球磨频率为35～45hz，球磨时间为2～4h。

3.根据权利要求1所述的一种基于离子平衡法回收废旧磷酸铁锂的方法，其特征在于：s3中混合粉末与去离子水的固液比为1:20～1:40(g/ml)。

4.根据权利要求1所述的一种基于离子平衡法回收废旧磷酸铁锂的方法，其特征在于：s4中预曝气的气体种类为氧气。

5.根据权利要求1所述的一种基于离子平衡法回收废旧磷酸铁锂的方法，其特征在于：s4中预曝气的气体流量为60～100ml/min，曝气时间为2～4h。

6.根据权利要求1所述的一种基于离子平衡法回收废旧磷酸铁锂的方法，其特征在于：s5中泵入的磷酸溶液浓度为1mol/l，反应温度为40～70℃。

技术总结
本发明涉及一种基于离子平衡法回收废旧磷酸铁锂的方法。具体步骤包括：首先将废旧磷酸铁锂电池进行放电、拆解、分离等预处理，得到磷酸铁锂粉末；将磷酸铁锂粉末与二氧化硅粉末按比例进行球磨；将磷酸铁锂与二氧化硅组成的混合粉末加入去离子水配置成溶液置于超声反应器中；反应开始前于主体反应器中利用曝气头进行预曝气；保持曝气状态，利用运输泵向反应器中添加磷酸溶液，并开启超声进行反应；将反应后的固液混合物进行过滤分离，得到锂离子溶液与磷酸铁锂沉淀。根据本发明提供的处理方法，可以实现废旧磷酸铁锂中有价金属元素的回收，工艺流程简短便捷易操作，且大大减少了化学试剂的消耗，二氧化硅粉末可以进行循环利用，节能环保。

技术研发人员：张佳峰,钟媛媛,李宗润,邹景田,王小玮
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8