廢舊電極磨粉機(jī)

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(jì)、環(huán)保等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)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(nèi)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(yù)計到2080年，全球報廢電池中的鋰資源總量將達(dá)到86萬t。如果對其全部加以回收利用，預(yù)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(jì)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(shè)備生產(chǎn)廠家，我們生產(chǎn)的廢舊電極磨粉機(jī)在廢舊電極回收行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)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(jìn)展。

一、廢舊磷酸鐵鋰電池回收主要成分

鋰離子電池結(jié)構(gòu)一般包括正極、負(fù)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(dǎo)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(fù)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(jī)溶劑法來分離活性物質(zhì)，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(zhì)，以及補(bǔ)充相應(yīng)的元素進(jìn)行修復(fù)從而達(dá)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(fù)再生技術(shù)。高溫直接再生技術(shù)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(zhì)，或者將回收的LiFePO4材料經(jīng)過高溫氧化為反應(yīng)中間體，然后各元素在熱力學(xué)反應(yīng)過程再結(jié)晶，進(jìn)而實現(xiàn)材料的再生。該方法對回收材料中的雜質(zhì)含量要求較高，回收材料需要進(jìn)行一定的除雜工藝，否則將導(dǎo)致得到的合成材料純度較低。

高溫修復(fù)再生法是指添加相應(yīng)的元素源后高溫處理，通過補(bǔ)充元素的方式起到修復(fù)作用，進(jìn)而提高回收材料電化學(xué)性能的方法。將廢舊磷酸鐵鋰正極材料除雜，然后添加適當(dāng)?shù)蔫F源、鋰源或磷源化合物，將鐵、鋰、磷的摩爾比調(diào)整到一定比例，最后加入碳源，經(jīng)廢舊電極磨粉機(jī)磨粉、控制焙燒制度等在惰性氣氛中煅燒得到不同電化學(xué)性能的磷酸鐵鋰正極材料。高溫再生技術(shù)僅需要對原料補(bǔ)加一定量的Li、Ｆe、Ｐ，不破壞磷酸鐵鋰的結(jié)構(gòu)，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(zhì)的存在會對修復(fù)的電池材料的電化學(xué)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(jìn)行酸浸，將LiFePO4殘渣進(jìn)行浸出；

４）選擇NaOH和NH3·H2O作為鐵沉淀劑進(jìn)行化學(xué)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(dá)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(shè)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(dǎo)致更高的回收成本。

3.生物浸出回收技術(shù)

生物浸出回收技術(shù)主要是利用微生物浸出，將廢舊電池體系中的有價金屬轉(zhuǎn)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(zhì)組分進(jìn)行 分離，最后得到鋰、鐵等有價金屬。生物回收技術(shù)在處理廢舊電池領(lǐng)域最早應(yīng)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(shù)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(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用。所以還需要進(jìn)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(xué)法

電化學(xué)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(zhì)水溶液作為負(fù)極測，然后在外電場的作用下，使正極材料的鋰進(jìn)入溶液中，最終鋰的遷出率高達(dá)95.3%。電化學(xué)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(jī)械粉碎，然后通過高溫煅燒，燒掉電池料中的碳、有機(jī)物和粘結(jié)劑等，最終得到金屬和氧化物。火法回收包括機(jī)械分選法和高溫分解法。機(jī)械分選法是依據(jù)廢舊磷酸鐵鋰電池中各物質(zhì)的性質(zhì)不同，通過機(jī)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(jìn)行回收。火法回收的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用廣泛，而且回收效率高。缺點(diǎn)是能耗較大，浪費(fèi)資源，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生污染性氣體或物質(zhì)，不能充分回收各種金屬，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。