[发明专利]一种联合废旧磷酸铁锂正极材料回收和电化学制氢的方法

说明书

一种联合废旧磷酸铁锂正极材料回收和电化学制氢的方法，包括以下步骤：（1）将废旧磷酸铁锂正极材料进行机械活化，过筛和干燥，得废旧磷酸铁锂正极材料粉料；（2）将所述废旧磷酸铁锂正极材料粉料与导电剂、粘接剂混合，分散在N‑甲基吡咯烷酮溶液中，涂到金属导电基体上，干燥得极片；（3）以所述极片为正极，以惰性电极作为负极，在电解质溶液中，进行充电，在正极产生氢氧化铁沉淀，负极即产生氢气；（4）反应结束，将反应体系进行过滤固液分离，得富锂溶液，将滤渣氢氧化铁沉淀进行煅烧，得氧化铁。本发明以一种简易、快速、低能耗、环保的方法实现了废旧磷酸铁锂正极材料的选择性分离回收和氢气的制备，最终得到氧化铁和高纯度氢气。

技术领域

本发明涉及废旧锂离子电池回收和电化学制氢技术领域，尤其涉及一种联合废旧磷酸铁锂正极材料回收和电化学制氢的方法。

背景技术

自电动车行业发展以来，中国是磷酸铁锂全球最大的消费市场。尤其是2012—2013年以近200%的速率在增长，2013年中国磷酸铁锂的销量约为5797 t，占全球销量的50%以上。2014年，75%的磷酸铁锂正极材料销售到中国，磷酸铁锂电池的理论寿命为7～8年（以7年计算），预计到2021年将有约9400 t的磷酸铁锂报废，如此庞大的废弃量如若不加以处理，带来的不仅仅是环境污染，更是能源浪费以及经济损失。

磷酸铁锂电池中含有的LiPF₆、有机碳酸酯、铜等化学物质均在国家危险废物名录中，LiPF₆有强烈的腐蚀性，遇水易分解产生HF；有机溶剂分解和水解的产物会对大气、水、土壤造成严重的污染，并对生态系统产生危害；铜等重金属在环境中累积，最终通过生物链危害人类自身；磷元素一旦进入湖泊等水体，极易造成水体富营养化。由此可见，如若对废弃的磷酸铁锂电池不加以回收利用，对环境及人类健康都是极大危害。

目前磷酸铁锂的回收方法主要是通过湿法强酸强氧化剂浸出，得到含锂和铁的溶液，再通过加强碱，沉淀铁离子得到氢氧化铁，再将氢氧化铁煅烧得到氧化铁；或是通过酸浸分离得到锂和磷酸铁的固废。这两种形式的回收方法都不能算是高效、清洁的回收方法，回收过程中会产生大量的废液、废渣或是资源利用不充分，需要进一步改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种简易、快速、低能耗、环保的联合废旧磷酸铁锂正极材料回收和电化学制氢的方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种联合废旧磷酸铁锂正极材料回收和电化学制氢的方法，包括以下步骤：

（1）将废旧磷酸铁锂正极材料进行机械活化，过筛和干燥，得废旧磷酸铁锂正极材料粉料；

（2）将步骤（1）所得的废旧磷酸铁锂正极材料粉料与导电剂、粘接剂混合，分散在N-甲基吡咯烷酮溶液中，搅拌均匀，涂到金属导电基体上，进行干燥，得极片；

（3）以步骤（2）所得的极片为正极，以惰性电极作为负极，在电解质溶液中，进行充电，在正极产生氢氧化铁沉淀，负极产生氢气；

（4）反应结束，将反应体系进行过滤固液分离，得富锂溶液，将滤渣氢氧化铁沉淀进行煅烧，得氧化铁；

所述的废旧磷酸铁锂正极材料为废旧锂离子电池上拆解下来的磷酸铁锂正极材料或在磷酸铁锂材料生产过程中产生的废弃料。

进一步，步骤（2）中，所述导电剂为乙炔黑或炭黑。

进一步，步骤（2）中，所述粘结剂为聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、羧甲基纤维素钠（CMC）、聚丙烯酸（PAA）和聚乙烯醇（PVA）中的一种或几种。

进一步，步骤（2）中，所述废旧磷酸铁锂正极材料粉料与导电剂、粘接剂的质量比为75:15:5、80:10:10、85:10:5或90:5:5。

进一步，步骤（2）中，所述金属导电基体为钛片、钛网、不锈钢片、不锈钢网和镍网中的一种或几种。