廢舊磷酸锂鐵電池回收方法

廢舊磷酸锂鐵電池幹法回收技術
幹法回收技術主要是先通过机械分选的方式将废电池外壳、电极片和隔膜进行分离,再通过高温焚烧的方法对电极片进行处理,通过煅烧去除有机粘结剂,使磷酸铁锂粉末与铝箔片分离,获得磷酸铁锂材料,电池中的挥发性化合物待其以蒸汽形式挥发后,通过冷凝的方式对其进行收集。
幹法回收工藝的優點是不會有其他的化學反應發生,同時工藝流程短,缺點是整個回收工藝對廢電池的針對性不強,能耗高且電池中的有機溶劑等燃燒後容易引起嚴重的環境汙染,一般作爲金屬分離回收的初步階段。
①通过将廢舊的磷酸鐵锂電池粉碎得到正极片,
②再通過在惰性氣氛或者還原性氣氛條件下,對正極片進行熱處理使粘結劑碳化,
③在超聲波震蕩分離的作用下使活性物質和鋁箔有效分離,
④在得到的正極磷酸鐵锂回收料中加入適量原料以得到所需的锂、鐵、磷的摩爾比,
⑤再根據高溫固相法合成新的磷酸鐵锂。
a.采用有機溶劑NMP和堿溶液兩種方法對正極片浸泡分離得到的活性物質;
b.在空氣氣氛中于200℃對其進行熱處理4h,以除去其中的粘結劑和碳,在獲得的磷酸鐵锂粉末中加入锂源、鐵源及磷源化合物;
c.優化所添加的锂、鐵、磷摩爾比,再向其中加入蔗糖,之後在氩氫混合氣環境中,d.將混合粉末在700℃恒溫煅燒9h,煅燒後獲得磷酸鐵锂材料。
e.物理特性和電化學性能測試結果表明,合成的磷酸鐵锂顆粒大小均勻且結構完整,磷酸鐵锂做成的電池首次放電比容量大于120mAh/g,在經過100次充放電循環後,電池容量保持率仍在95%以上,說明新合成的磷酸鐵锂已經滿足制備電池電極材料的要求。
廢舊磷酸锂鐵電池的湿法回收技术
湿法回收技术主要是通过酸碱溶液作为媒介,使磷酸鐵锂電池中的金属离子溶解,进一步利用沉淀、吸附、离子交换等方式将溶解到溶液中的金属离子以氧化物、盐等形式提取出来[19],反应过程中多数使用硫酸、氢氧化钠和双氧水等作为试剂。
濕法回收主要包括浸出過程和萃取過程浸出過程通過調整酸堿溶液、濃度、反應時間及液固比等手段進行優化反應條件,在最優條件來使金屬元素以離子形式浸出。
萃取過程則是利用合適的萃取劑(如蔔二酮類、一些醇類和烷基磷類)對溶液中的锂有進行萃取,最終獲得想要的目標金屬。
以廢舊磷酸鐵锂電池为原料,对从电池中拆解下来的正极片进行煅烧、酸浸、碱溶解等工艺处理,将廢舊磷酸鐵锂電池中的金属铁、铝和锂等进行有效回收。
具體步驟方法爲:將粉碎得到的正極碎片在350℃高溫下去除粘結劑,接著用5%的NaOH溶液溶解,等到鋁箔片以NaAlO2的形式完全溶入溶液中,進行過濾,得到的濾渣即爲磷酸鐵锂活性物質,再將H2S04溶液加入到濾液中,得到Al(OH)3沈澱,從而獲得回收鋁。
接下來用H2SO4和H202溶解濾渣,濾渣中的磷酸鐵锂會溶解,形成Fe2(SO4)3和Li2SO4溶液,進行過濾,將不溶的濾渣過濾後,將NaOH溶液加入到濾液中,濾液中的鐵離子會與NaOH反應生成氫氧化鐵沈澱,最後對獲得的鐵進行測定,鐵的沈澱量達到98.7%,在分離出鐵之後,用飽和的熱碳酸鈉溶液沈積碳酸锂,金屬锂的一次沈積率能夠達到86.7%。
用强酸将廢舊磷酸铁锂正极片溶解后,将NaOH溶液或氨水加入到溶液中,溶液中的Fe、Li、PO4会以沉淀形式析出。向干燥后的沉淀物中加入锂源、铁源和磷源并调节Li、Fe、P的摩尔比,并向其中加入碳源,进行球磨、干燥煅烧,整个过程置于惰性气氛中进行煅烧,最终获得新的磷酸铁锂材料。
采取该工艺进行回收电池中的金属,回收率不低于95%,而廢舊磷酸铁锂中正极材料的回收率大于90%,该工艺具有较高的可行性,易于实现产业化。
研发了一种利用水系廢舊磷酸鐵锂電池制备回收磷酸铁锂的工艺,用去离子对破碎后的废电池进行水处理,经过过滤后干燥回收电极材料,再向电极材料中加入无机酸,得到含Fe、Li、PO4的溶液,将铁盐、锂盐、抗坏血酸加入溶液后进行搅拌,控制溶液的pH在3~7,进而得到沉淀,过滤出沉淀加入到蔗糖水溶液中进行球磨、干燥、煅烧,最终得到再生的磷酸铁锂材料,整个过程操作简单且不产生二次污染。
湿法回收技术处理廢舊磷酸鐵锂電池的工艺复杂,但最终回收到的金属回收率较高,且回收过程中能耗低,是应用比较广泛的分离回收方法。
廢舊磷酸锂鐵電池的生物浸出回收技术
生物浸出回收技术主要利用的是微生物浸出原理,将整个体系中有用的组分转化成可溶性化合物,可选择性地溶解出来,再对溶液中有价金属的目标组分与杂质组分进行分离,最后可回收到锂、铁等有价金属,但目前该技术仅在钻酸锂电池的金属回收上开展了相关研究而通过生物浸出回收技术对廢舊磷酸鐵锂電池中的金属回收的研究较少。
采用硫氧化細菌和鐵氧化細菌對鑽酸锂電池的回收進行了研究,通過細菌的代謝最終有效地浸出約80%的锂和90%的鑽。
利用嗜酸菌能夠攝取硫元素和亞鐵離子的特性來對金屬元素進行回收,這種菌可以通過攝取無機物來獲得能量,通過代謝會産生鐵離子和硫酸根,嚴格控制亞鐵離子在反應過程中的反應濃度,可實現鑽與锂的有效分離。
也有其他學者采用生物浸出的方法進行相關試驗,利用汙泥中獲得的氧化亞鐵硫杆菌菌種研究在不同的浸出條件下該菌種對鑽酸锂浸出率的影響。
廢舊磷酸锂鐵電池的其他回收技术处理方法
廢電池中金屬元素的處理工藝目前雖然比較成熟,但還存在處理成本高、回收産品價值低等缺點。
電極修複技術是待將廢電池中的電極材料處理分離出各有價金屬後直接用于新電極制作的生産材料。
通過再生處理方式對電池進行回收處理所需的時間更短,經濟效益也更加可觀,對該技術的進一步研發,將有助于廢锂電池的高效回收。
利用盐酸将廢舊磷酸鐵锂電池正极片溶解后,向溶液中添加铁或锂,将溶液配成一定质量浓度的锂铁磷溶液,水热合成了磷酸铁锂。
通過對鎳鑽錳酸锂電池的浸出液進行選擇性除雜,調節溶液中金屬鹽的比例,采用共沈澱方法生成鎳鑽錳酸锂的前驅體,再將前驅體中加入適量锂鹽,經再次煅燒後獲得正極材料。利用溶劑熱法修複正極材料的方法,回收到的正極材料經過溶劑熱法再生後其結構沒有發生改變,且修複再生後的正極材料電化學性能良好。
與常規廢電池的回收處理工藝相比,再生處理的廢電池正極材料可以直接作爲生産新電池時所需的電極材料],該處理工藝對廢電池的主要組分能夠進行有效回收,明顯提高了電池的回收利用率。
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