一种由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法与流程

本发明属于废旧锂离子电池回收领域，具体涉及一种由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法。

背景技术：

1、碳酸锂作为锂盐工业的基础原料，不仅可以直接使用，还可以作为原料制备各种附加值高的锂盐及其化合物，广泛应用于陶瓷、玻璃、原子能、航空航天、军事工业和制冷、焊接、锂合金、锂电池、受控核聚变反应堆、冶金连铸、医药等领域。根据碳酸锂的纯度，其使用范围有很大的变化。高纯碳酸锂(≥99.5%)，即电池级碳酸锂，是制造锂电池所不可替代的最重要的原料。由于锂电池体积小，容量大，没有记忆效应等优势，可充电的锂电池日益普及，在各类电动汽车和电子消费品市场中逐渐占据主导地位。

2、目前电池级碳酸锂的主要方法是先将粗制碳酸锂与二氧化碳和水反应生成可溶的碳酸氢锂，此时不溶性的杂质将从溶液中分离，再将碳酸氢锂溶液加热分解后干燥粉碎得到电池级碳酸锂。在提纯过程中主要的问题在于钙、镁、氟等杂质的去除；同时对溶液进行蒸发浓缩会消耗大量的能量，使得处理成本升高。

技术实现思路

1、为解决以上问题，本发明提供一种由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，该方法操作简单、工艺流程短、可控性强、除杂效果好、所得产品纯度高、能耗和成本低。

2、为实现上述目的，本发明提出如下解决方案：

3、一种由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，包括：

4、（1）向硫酸锂溶液中加入氢氧化钠溶液，进行反应以除去钙、镁等杂质，待反应结束后，经固液分离，得到第一硫酸锂溶液；

5、（2）向第一硫酸锂溶液中加入多聚硫酸铝，反应后经固液分离，得到除氟、磷后的第二硫酸锂溶液；

6、（3）向第二硫酸锂溶液中加入可溶性磷酸盐，经反应和固液分离，得到磷酸锂；

7、（4）将磷酸锂加入至氨水溶液中，并通入二氧化碳，反应得到高纯碳酸锂，磷酸锂在氨水中的溶解度较大，而碳酸锂的溶解度较小，向氨水中通入二氧化碳即可生成碳酸锂。

8、作为优选，步骤（4）中，所述磷酸锂与氨水溶液的固液比为5～30g/l，进一步优选为5～10g/l。通过优化磷酸锂与氨水溶液的固液比有利于提高反应速度和磷酸锂的转化效率。

9、当氨水浓度过低时，磷酸锂难以转化成碳酸锂，且转化速度很慢，难以确保碳酸锂的纯度，当氨水浓度过高时，容易挥发，造成浪费，作为优选，所述氨水溶液的浓度为5%～30%，进一步优选为10～20%。

10、作为优选，步骤（4）中，所述二氧化碳的通入流量为10～100l/h，进一步优选为20～80l/h，例如25l/h、30l/h、35l/h、40l/h、45l/h、50l/h、55l/h、60l/h、65l/h、70l/h、75l/h、80l/h等；所述二氧化碳的通入时间为1～5h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h等；通过优化二氧化碳的通入量，改善产品收率。

11、作为优选，步骤（4）中，所述沉淀碳酸锂时的反应温度为30～80℃，进一步优选为60～80℃。通过优化沉淀碳酸锂的温度能够提高反应速度，提高生产效率。

12、作为优选，步骤（4）中，所述沉淀碳酸锂时的反应时间为1～5h，进一步优选为2～3h。

13、作为优选，步骤（1）中，氢氧化钠溶液的加入量按照控制反应过程中反应体系ph值为9～11确定，优选为9.5～10.5。

14、作为优选，步骤（1）中，所述硫酸锂溶液中锂的浓度为0.1～5mol/l，例如0.1mol/l、0.3mol/l、0.5mol/l、0.8mol/l、1mol/l、1.5mol/l、2mol/l、2.5mol/l、3mol/l、3.5mol/l、4mol/l、4.5mol/l、5mol/l等。

15、作为优选，步骤（1）中，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10～40%，进一步优选为20～30%。

16、作为优选，步骤（2）中，所述多聚硫酸铝与第一硫酸锂溶液的固液比为10:1～100:1 g/l，优选为10:1～20:1g/l。

17、作为优选，步骤（3）中，所述可溶性磷酸盐为磷酸钠、磷酸钾、磷酸铵中的一种或多种，进一步优选为磷酸铵。

18、作为优选，步骤（3）中，所述可溶性磷酸盐与第二硫酸锂溶液中锂的摩尔比为1:3～5:3，进一步优选为1:3～2:3。

19、作为优选，步骤（1）、步骤（2）、步骤（3）、步骤（4）中的反应均在搅拌条件下进行，通过搅拌可以促进反应的进行。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、本发明的制备方法能够有效除去硫酸锂溶液中的钙、镁、氟等杂质，最终制备的碳酸锂纯度高，相比于现有的硫酸锂溶液的回收方法，无需进行蒸发浓缩结晶或其他需要大量能耗的操作，且除杂效果更好，具有除杂成本低、过程简单、可控性强、能耗低等特点，能用于大规模的工业应用。

技术特征：

1.一种由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述磷酸锂与氨水溶液的固液比为5～30g/l。

3.如权利要求2所述的由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，所述氨水溶液的浓度为5%～30%。

4.如权利要求1～3任意一项所述的由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述二氧化碳的通入流量为10～100l/h；所述二氧化碳的通入时间为1～5h。

5.如权利要求1～3任意一项所述的由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（1）中，氢氧化钠溶液的加入量按照控制反应过程中反应体系ph值为9～11确定。

6.如权利要求5所述的由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10～40%；

7.如权利要求1～3任意一项所述的由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述多聚硫酸铝与第一硫酸锂溶液的固液比为10:1～100:1g/l。

8.如权利要求1～3任意一项所述的由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述可溶性磷酸盐为磷酸钠、磷酸钾、磷酸铵中的一种或多种；所述可溶性磷酸盐与第二硫酸锂溶液中锂的摩尔比为1:3～5:3。

9.如权利要求1～3任意一项所述的由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述反应温度为30～80℃；所述反应时间为1～5h。

10.如权利要求1～3任意一项所述的由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤（1）、步骤（2）、步骤（3）、步骤（4）中的反应在搅拌条件下进行。

技术总结
本发明提供一种由硫酸锂溶液制备电池级碳酸锂的方法，包括：（1）向硫酸锂溶液中加入氢氧化钠溶液，进行反应，待反应结束后，经固液分离，得到第一硫酸锂溶液；（2）向第一硫酸锂溶液中加入多聚硫酸铝，反应后经固液分离，得到第二硫酸锂溶液；（3）向第二硫酸锂溶液中加入可溶性磷酸盐，经反应和固液分离，得到磷酸锂；（4）将磷酸锂加入至氨水溶液中，并通入二氧化碳，反应得到高纯碳酸锂。本发明的制备方法相比于现有的硫酸锂溶液的回收方法，具有除杂效果更好、成本低、过程简单、可控性强、能耗低等特点，能用于大规模的工业应用。

技术研发人员：胡文阳,黄敏,王晶
受保护的技术使用者：四川智汇新能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24