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磷酸鐵鋰電池的拆解回收方式

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磷酸鐵鋰電池與三元材料電池不同的是,不含重金屬,回收主要是Li、P、Fe,回收產(chǎn)物附加值較低,需要開(kāi)發(fā)低成本的回收路線,主要有火法和濕法2種回收方式。

  退役磷酸鐵鋰電池中不具備梯次利用價(jià)值的電池及梯次利用后的電池最終要進(jìn)入到拆解回收階段。磷酸鐵鋰電池與三元材料電池不同的是,不含重金屬,回收主要是Li、P、Fe,回收產(chǎn)物附加值較低,需要開(kāi)發(fā)低成本的回收路線,主要有火法和濕法2種回收方式。

  一、火法回收工藝

  傳統(tǒng)的火法回收一般是高溫焚燒電極片,將電極碎片中的碳和有機(jī)物燃燒掉,不能被燃燒掉的剩余灰分最終經(jīng)篩選得到含有金屬和金屬氧化物的細(xì)粉狀材料。該法工藝簡(jiǎn)單,但處理流程長(zhǎng),有價(jià)金屬綜合回收率較低。改進(jìn)后的火法回收技術(shù)是通過(guò)煅燒去除有機(jī)粘結(jié)劑,使磷酸鐵鋰粉末與鋁箔片分離,獲得磷酸鐵鋰材料,之后再在其中加入適量原料以得到所需的鋰、鐵、磷的摩爾比,經(jīng)高溫固相法合成新的磷酸鐵鋰。據(jù)成本測(cè)算,磷酸鐵鋰廢舊電池經(jīng)改進(jìn)后的火法干法回收,可實(shí)現(xiàn)盈利,但按此回收工藝新制備的磷酸鐵鋰雜質(zhì)多,性能不穩(wěn)定。

  二、濕法回收工藝

  濕法回收主要是通過(guò)酸堿溶液溶解磷酸鐵鋰電池中的金屬離子,進(jìn)一步利用沉淀、吸附等方式將溶解的金屬離子以氧化物、鹽等形式提取出來(lái),反應(yīng)過(guò)程中多數(shù)使用H2SO4、NaOH和H2O2等試劑。濕法回收工藝簡(jiǎn)單,設(shè)備要求不高,適合工業(yè)規(guī)?;a(chǎn),是學(xué)者們研究的最多,也是國(guó)內(nèi)主流的廢舊鋰離子電池處理路線。

  磷酸鐵鋰電池濕法回收以回收正極為主。采用濕法工藝回收磷酸鐵鋰正極時(shí),首先要將鋁箔集流體與正極活性物質(zhì)分離。方法之一是釆用堿液溶解集流體,而活性物質(zhì)不與堿液反應(yīng),可以通過(guò)過(guò)濾獲得活性物質(zhì)。方法之二是用有機(jī)溶劑溶解粘結(jié)劑PVDF,使磷酸鐵鋰正極材料與鋁箔脫離,鋁箔重新利用,活性物質(zhì)可進(jìn)行后續(xù)的處理,有機(jī)溶劑可經(jīng)過(guò)蒸餾處理,實(shí)現(xiàn)其循環(huán)使用。兩種方法相比,第二種更環(huán)保安全。正極中磷酸鐵鋰的回收一種是生成碳酸鋰。此種回收方式成本較低,被多數(shù)磷酸鐵鋰回收企業(yè)所采納,但磷酸鐵鋰的主要成分磷酸鐵(含量95%)沒(méi)有被回收,造成資源浪費(fèi)。

  較理想的濕法回收方式為將廢舊磷酸亞鐵鋰正極材料轉(zhuǎn)化為鋰鹽和磷酸鐵,實(shí)現(xiàn)Li、Fe、P的全元素回收。磷酸亞鐵鋰要想變成鋰鹽和磷酸鐵,需要將亞鐵氧化為三價(jià)鐵,采用酸浸或堿浸將鋰浸出。有學(xué)者采用氧化煅燒分離出鋁片及磷酸鐵鋰,之后經(jīng)硫酸浸出、分離得到粗磷酸鐵,溶液除雜用碳酸鈉沉淀成碳酸鋰;濾液蒸發(fā)結(jié)晶得到無(wú)水硫酸鈉產(chǎn)品作為副產(chǎn)物出售;粗磷酸鐵進(jìn)一步精制得到電池級(jí)磷酸鐵,可以用于磷酸鐵鋰材料的制備。該工藝經(jīng)過(guò)多年的研究,已經(jīng)相對(duì)成熟。

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