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廢舊電極磨粉機

磷酸鐵鋰是鋰離子電池的正極材料，由于安全性高、穩(wěn)定性高、經(jīng)濟、環(huán)保等特點，被廣泛應用于各種新能源汽車，特別是對安全性要求高的純電動公交車的動力電池上。目前，純電動客車全部為磷酸鐵鋰電池，且早期行業(yè)內磷酸鐵鋰動力電池為最主流的配套電池體系，因此，磷酸鐵鋰電池的退役爆發(fā)期將首先到來，廢舊鋰電池將成為未來鋰城市礦產(chǎn)利用的主要方向。預計到2080年，全球報廢電池中的鋰資源總量將達到86萬t。如果對其全部加以回收利用，預計將削減57%的原生礦產(chǎn)資源需求量。廢舊電池的回收再利用不僅能降低由于大量廢棄物帶來的環(huán)境壓力，同時將帶來可觀的經(jīng)濟效益，有利于整個行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。桂林鴻程是磨粉設備生產(chǎn)廠家，我們生產(chǎn)的廢舊電極磨粉機在廢舊電極回收行業(yè)得到了廣泛的應用。今天就為大家介紹一下磷酸鐵鋰正極材料回收工藝研究進展。

一、廢舊磷酸鐵鋰電池回收主要成分

鋰離子電池結構一般包括正極、負極、電解液、隔膜、殼體、蓋板等，其中正極材料是鋰電池的核心，正極材料占電池成本的30%以上。目前廢舊磷酸鐵鋰電池的回收研究大部分都是針對正極材料，其主要由磷酸鐵鋰、導電炭黑、PVDF等組成。廢舊磷酸鐵鋰正極材料中含有豐富的鐵、鋰等金屬，其中最有回收價值的元素是鋰，鐵也有一定的回收價值，其他部分回收價值較低。

二、廢舊磷酸鐵鋰電池的回收方法

廢舊磷酸鐵鋰電池首先經(jīng)過放電、拆解，將電池殼、負極材料、正極材料以及隔膜等部件拆解分離，然后分別回收。其中，正極材料通過熱處理、堿浸或有機溶劑法來分離活性物質，再采用高溫直接再生或濕法工藝回收其中的有價金屬。

1.高溫再生：

高溫再生是指通過高溫焙燒除去廢舊磷酸鐵鋰材料中的雜質，以及補充相應的元素進行修復從而達到材料再生目的。高溫再生磷酸鐵鋰正極材料工藝可分為高溫直接再生和高溫修復再生技術。高溫直接再生技術一般需要將廢舊電池材料經(jīng)過破碎處理、篩分后得到廢舊陰極材料，在高溫的情況下去除一定的雜質，或者將回收的LiFePO4材料經(jīng)過高溫氧化為反應中間體，然后各元素在熱力學反應過程再結晶，進而實現(xiàn)材料的再生。該方法對回收材料中的雜質含量要求較高，回收材料需要進行一定的除雜工藝，否則將導致得到的合成材料純度較低。

高溫修復再生法是指添加相應的元素源后高溫處理，通過補充元素的方式起到修復作用，進而提高回收材料電化學性能的方法。將廢舊磷酸鐵鋰正極材料除雜，然后添加適當?shù)蔫F源、鋰源或磷源化合物，將鐵、鋰、磷的摩爾比調整到一定比例，最后加入碳源，經(jīng)廢舊電極磨粉機磨粉、控制焙燒制度等在惰性氣氛中煅燒得到不同電化學性能的磷酸鐵鋰正極材料。高溫再生技術僅需要對原料補加一定量的Li、Ｆe、Ｐ，不破壞磷酸鐵鋰的結構，不需要使用大量酸堿試劑，對環(huán)境的污染較小，工藝流程簡單、易操作且環(huán)保，但是因鋁、銅等雜質的存在會對修復的電池材料的電化學性能有一定的影響，對廢舊電池正極材料的純度要求較為苛刻，且高溫回收的成本較高。

2.濕法回收：

廢舊磷酸鐵鋰正極材料的濕法回收主要是指其中有價金屬鋰、鐵、磷的回收。濕法回收磷酸鐵鋰典型的工藝流程主要包括以下步驟：

１）拆解、破碎、分離陰極，得到廢舊磷酸鐵鋰正極材料；

２）堿熔法溶解鋁箔，分離得到廢舊LiFePO4；

３）采用H2SO4或HNO3和H2O2進行酸浸，將LiFePO4殘渣進行浸出；

４）選擇NaOH和NH3·H2O作為鐵沉淀劑進行化學沉淀，得到Fe(OH)3；

５）采用飽和NaCO3作為鋰沉淀劑，將含鋰溶液從一次沉淀后的殘液中分離，得到Li2CO3。

H2SO4法和HNO3法所得鋰的浸出率均超過80%，且制備的氫氧化鋁均可以回收再利用，水熱沉淀回收的Li2CO3純度可達到電池級要求，有利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但是，該工藝對于沉淀得到的鋰鹽純度難以控制，對設備的耐腐蝕性要求高，并且正極材料中與鋰共存的鋁、銅、鐵等金屬將被同步浸出，為得到合格的碳酸鋰產(chǎn)品，需實現(xiàn)上述幾種金屬的同步脫除，難度極大，將導致更高的回收成本。

3.生物浸出回收技術

生物浸出回收技術主要是利用微生物浸出，將廢舊電池體系中的有價金屬轉化 成可溶性化合物，然后選擇性地溶解出來，再將溶液中有價金屬與雜質組分進行 分離，最后得到鋰、鐵等有價金屬。生物回收技術在處理廢舊電池領域最早應用于回收鎳－鎘電池，針對廢舊LiFePO4電池的回收尚處于研發(fā)階段。

生物浸出技術中，生物菌群需要培育的周期長，溶解浸出時間長，并且在溶解過程中，菌群容易失活，限制了該技術在工業(yè)上的應用。所以還需要進一步提高菌種的培養(yǎng)速度、吸附金屬離子速度等提高金屬離子的浸取速率。

4.電化學法

電化學法就是利用電解的原理，將磷酸鐵鋰正極材料作為半電池的正極測，電解質水溶液作為負極測，然后在外電場的作用下，使正極材料的鋰進入溶液中，最終鋰的遷出率高達95.3%。電化學法雖然不需要高溫處理，也不需要使用酸堿溶液，但半電池的制作成本較高，不適合商業(yè)化推廣。

5.火法回收工藝

火法回收首先是將廢舊磷酸鐵鋰電池機械粉碎，然后通過高溫煅燒，燒掉電池料中的碳、有機物和粘結劑等，最終得到金屬和氧化物。火法回收包括機械分選法和高溫分解法。機械分選法是依據(jù)廢舊磷酸鐵鋰電池中各物質的性質不同，通過機械方法，將不同金屬合理回收。高溫分解法是將廢舊磷酸鐵鋰料放入馬弗爐中煅燒，將電池氧化分解，從而進行回收?；鸱ɑ厥盏膬?yōu)點是應用廣泛，而且回收效率高。缺點是能耗較大，浪費資源，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生污染性氣體或物質，不能充分回收各種金屬，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。