CN109524735A - 一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废旧磷酸铁锂‑钛酸锂电池的回收方法，废旧磷酸铁锂‑钛酸锂电池进行放电和破碎分选后，其中的正负极混料进行高温氧化、制浆、过滤、浓缩、水解、沉淀后得到偏钛酸和硫酸锂溶液。本发明实现了磷酸铁锂‑钛酸锂电池中正负极粉料的同时回收，降低了电池破碎分选过程中分离正负极混料的难度，降低了正负极粉料同时回收过程中无机酸的消耗，简化回收工艺，提高溶液中Li离子的浓度，实现了磷酸铁锂‑钛酸锂电池正负极粉料中有价金属的回收，提高了所得产品的纯度。
Description
技术领域
本发明涉及电池回收领域，具体是一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法。
背景技术
钛酸锂具有尖晶石结构所特有的三维锂离子扩散通道，具有功率特性优异和高低温性能佳等优点。钛酸锂电池是一种用作锂离子电池负极材料-钛酸锂，可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池。此外，它还可以用作正极，与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂二次电池。钛酸锂负极锂离子电池在充放电反应具有很好的可逆性，从而也在一定程度上保证了电池的循环寿命和安全性能。与常见的、三元锂电池相比，钛酸锂负极锂离子电池在低温环境下放电效率衰减小快充效能强、循环寿命可超过3万次。由于钛酸锂的高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点，可以预见：钛酸锂材料在2－3年后，一定会成为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车、电动摩托车和要求高安全性、高稳定性和长周期的应用领域，而随之而来的就是废旧的钛酸锂电池也会逐年增加。
近年来，有很多科研工作者对废旧钛酸锂负极材料的回收与再生做了大量的工作。中国专利申请号：201610665778 .3公开了一种回收利用钛酸锂电极片的方法，包括将含有负极活性物质和铝箔极片进行高温焙烧分离，负极活性物质经粉碎、烧成、筛分得到钛酸锂负极材料。中国专利申请号：201710226858 .3公开了一种从废旧钛酸锂电池中回收制备钛酸锂负极材料的方法，包括通过将废旧钛酸锂电池放电、拆壳，分理出极片，并加热浸渍，分离出的钛酸锂电池材料浆料烧结除去导电碳素材料，再将其与导电包覆剂、掺杂剂和锂盐材料混匀，煅烧，制备钛酸锂负极材料。但在废旧钛酸锂电池回收中，正极材料与负极材料常常会粘结、混合在一起，难以分离，因而仅仅对回收到的粉料按照钛酸锂材料的回收方法进行再生处理时，得到的钛酸锂材料中会含有相应的杂质，并造成了正极材料中Li和有色金属的浪费。当钛酸锂电池采用磷酸铁锂作为正极材料时，进行回收时会消耗大量的无机酸，同时溶液中会含有大量的磷酸根与铁离子杂质，造成后续提纯工艺繁琐、制备材料不纯。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，实现了磷酸铁锂-钛酸锂电池中正负极粉料的同时回收。
本发明的技术方案为：
一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，具体包括有以下步骤：
（1）、将废旧的磷酸铁锂-钛酸锂电池进行放电，放电完成后对电池进行破碎分选，分别得到外壳、铜箔、铝箔和正负极混料；
（2）、将正负极混料在空气中进行高温热处理，将正负极混料中的二价铁离子氧化成三价铁离子；
（3）、将高温热处理过的正负极混料加入水中进行打浆处理，得打浆液，然后加入无机酸，搅拌反应后对反应物进行过滤以去除不溶物，得滤液A；
（4）、调节滤液A的pH值至2.0-3.0，加入适量的Fe粉，去除Cu杂质，再使用铁铝矾法去除溶液中的铁铝杂质，过滤得到滤液B；
（5）、将所得含有钛和锂离子的滤液B浓缩、水解、沉淀后得到偏钛酸和硫酸锂溶液C。
所述的废旧的磷酸铁锂-钛酸锂电池采用放电柜放电、电阻放电或盐水放电的方式进行放电。
所述的步骤（1）中破碎分选的方式选用磁力分选、风力分选或重力分选。
所述的步骤（2）中高温热处理的温度为300-900℃，处理时间为1-6小时。
所述的步骤（3）的打浆液中，正负极混料和水的质量比为1：4-10。
所述的步骤（3）中加入无机酸后搅拌反应的温度设定为60-95℃、时间为0.5-3小时。
所述的步骤（3）中的无机酸选用盐酸或者硫酸，无机酸的摩尔量与打浆液的体积比为1-3mol/L，即每1L打浆液中加入1-3mol的无机酸。
所述的步骤（5）中得到的偏钛酸和硫酸锂溶液C中，锂离子的浓度为10-20g/L。
本发明的优点：
本发明实现了磷酸铁锂-钛酸锂电池中正负极粉料的同时回收，降低了电池破碎分选过程中分离正负极混料的难度，降低了正负极粉料同时回收过程中无机酸的消耗，简化回收工艺，提高溶液中Li离子的浓度，实现了磷酸铁锂-钛酸锂电池正负极粉料中有价金属的回收，提高了所得产品的纯度。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，具体包括有以下步骤：
（1）、将废旧的磷酸铁锂-钛酸锂电池放入放电柜中进行放电之1.0V以下，放电完成后对电池进行破碎，采用磁力分选，分别得到外壳、铜箔、铝箔和正负极混料，分别将外壳、铜箔和铝箔收集处理；
（2）、将正负极混料在空气中于300℃下进行高温热处理，处理时间为6小时；
（3）、将高温热处理过的正负极混料和水按质量比1：4混合后进行30分钟的打浆处理，得打浆液，然后加入浓度为3mol/L的盐酸，并于90℃下搅拌反应后对反应物进行过滤以去除不溶物，得滤液A；
（4）、调节滤液A的pH值至2.0，加入适量的Fe粉，去除Cu杂质，再使用铁铝矾法去除溶液中的铁铝杂质，过滤得到滤液B；
（5）、将所得含有钛和锂离子的滤液B浓缩、水解、沉淀后得到偏钛酸和硫酸锂溶液C，其中偏钛酸和硫酸锂溶液C中，锂离子的浓度为15.4g/L。
实施例2
一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，具体包括有以下步骤：
（1）、将废旧的磷酸铁锂-钛酸锂电池放入电阻进行放电之1.0V以下，放电完成后对电池进行破碎，采用风力分选，分别得到外壳、铜箔、铝箔和正负极混料，分别将外壳、铜箔和铝箔收集处理；
（2）、将正负极混料在空气中于900℃下进行高温热处理，处理时间为1小时；
（3）、将高温热处理过的正负极混料和水按质量比1：10混合后进行30分钟的打浆处理，得打浆液，然后加入浓度为3mol/L的硫酸，并于60℃下搅拌反应后对反应物进行过滤以去除不溶物，得滤液A；
（4）、调节滤液A的pH值至2.0，加入适量的Fe粉，去除Cu杂质，再使用铁铝矾法去除溶液中的铁铝杂质，过滤得到滤液B；
（5）、将所得含有钛和锂离子的滤液B浓缩、水解、沉淀后得到偏钛酸和硫酸锂溶液C，其中偏钛酸和硫酸锂溶液C中，锂离子的浓度为18.5g/L。
实施例3
一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，具体包括有以下步骤：
（1）、将废旧的磷酸铁锂-钛酸锂电池放入盐水池中进行放电12小时，放电完成后对电池进行破碎，采用重力分选，分别得到外壳、铜箔、铝箔和正负极混料，分别将外壳、铜箔和铝箔收集处理；
（2）、将正负极混料在空气中于500℃下进行高温热处理，处理时间为3小时；
（3）、将高温热处理过的正负极混料和水按质量比1：6混合后进行30分钟的打浆处理，得打浆液，然后加入浓度为1.5mol/L的硫酸，并于80℃下搅拌反应后对反应物进行过滤以去除不溶物，得滤液A；
（4）、调节滤液A的pH值至2.0，加入适量的Fe粉，去除Cu杂质，再使用铁铝矾法去除溶液中的铁铝杂质，过滤得到滤液B；
（5）、将所得含有钛和锂离子的滤液B浓缩、水解、沉淀后得到偏钛酸和硫酸锂溶液C，其中偏钛酸和硫酸锂溶液C中，锂离子的浓度为19.5g/L。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：
（1）、将废旧的磷酸铁锂-钛酸锂电池进行放电，放电完成后对电池进行破碎分选，分别得到外壳、铜箔、铝箔和正负极混料；
（2）、将正负极混料在空气中进行高温热处理，将正负极混料中的二价铁离子氧化成三价铁离子；
（3）、将高温热处理过的正负极混料加入水中进行打浆处理，得打浆液，然后加入无机酸，搅拌反应后对反应物进行过滤以去除不溶物，得滤液A；
（4）、调节滤液A的pH值至2.0-3.0，加入适量的Fe粉，去除Cu杂质，再使用铁铝矾法去除溶液中的铁铝杂质，过滤得到滤液B；
（5）、将所得含有钛和锂离子的滤液B浓缩、水解、沉淀后得到偏钛酸和硫酸锂溶液C。
2.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，其特征在于：所述的废旧的磷酸铁锂-钛酸锂电池采用放电柜放电、电阻放电或盐水放电的方式进行放电。
3.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，其特征在于：所述的步骤（1）中破碎分选的方式选用磁力分选、风力分选或重力分选。
4.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，其特征在于：所述的步骤（2）中高温热处理的温度为300-900℃，处理时间为1-6小时。
5.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，其特征在于：所述的步骤（3）的打浆液中，正负极混料和水的质量比为1：4-10。
6.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，其特征在于：所述的步骤（3）中加入无机酸后搅拌反应的温度设定为60-95℃、时间为0.5-3小时。
7.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，其特征在于：所述的步骤（3）中的无机酸选用盐酸或者硫酸，无机酸的摩尔量与打浆液的体积比为1-3mol/L，即每1L打浆液中加入1-3mol的无机酸。
8.根据权利要求1所述的一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法，其特征在于：所述的步骤（5）中得到的偏钛酸和硫酸锂溶液C中，锂离子的浓度为10-20g/L。
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