年磷酸鐵鋰電池行業(yè)技術(shù)分析：廢舊電池回收工藝的創(chuàng)新與優(yōu)化在新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃進(jìn)展的當(dāng)下，磷酸鐵鋰電池憑借其化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無毒、經(jīng)濟(jì)易獵取等特性，在電動(dòng)汽車和儲能設(shè)施中得到大規(guī)模應(yīng)用。然而，隨著其8-10年使用壽命的漸漸到期，大量廢棄磷酸鐵鋰電池的產(chǎn)生成為亟待解決的問題。我國作為貧鋰國家，對鋰資源進(jìn)口依靠度高，回收廢棄磷酸鐵鋰電池不僅具有顯著的環(huán)保意義，更蘊(yùn)含著巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在2025年，磷酸鐵鋰電池行業(yè)技術(shù)中，廢舊電池回收工藝的創(chuàng)新與優(yōu)化備受關(guān)注。

一、磷酸鐵鋰電池回收背景與意義

《2025-2030年全球及中國磷酸鐵鋰電池行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及進(jìn)展前景分析報(bào)告》指出，以鋰離子電池為支撐的新能源汽車產(chǎn)業(yè)在過去十年實(shí)現(xiàn)了迅猛增長與商業(yè)勝利，其中橄欖石型磷酸鐵鋰電池功不行沒。但因其使用壽命的限制，如今大量廢舊電池積累。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，廢舊電池中的鋰含量相較于自然界更為豐富。而我國鋰資源匱乏，這使得對廢舊磷酸鐵鋰電池的回收處理顯得尤為重要，既能緩解資源短缺問題，又能降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

二、磷酸鐵鋰電池回收方法概述

目前電池回收方法多樣，涵蓋干法回收、濕法回收、生物回收和其他/綜合回收法。整個(gè)再生利用流程主要由預(yù)處理、分別處理、回收處理、除雜和再利用構(gòu)成。預(yù)處理手段包括熱處理、物理分選、機(jī)械處理(拆解、粉碎等)及電化學(xué)處理等。干法回收不借助液態(tài)媒介直接回收有價(jià)金屬和材料，如高溫?zé)峤夥ê臀锢矸诌x法。濕法回收則先對廢舊電池進(jìn)行破裂分選，再溶解浸出，最終分別回收，包含濕法冶金、化學(xué)萃取及離子交換等。處理廢舊磷酸鐵鋰正極粉末的工藝主要有再生修復(fù)法和濕法浸出提取法。再生修復(fù)法雖工藝簡潔，但因使用過的正極材料中鋰、鐵、磷元素比例不穩(wěn)定且易引入雜質(zhì)，導(dǎo)致修復(fù)后的材料電化學(xué)性能較差。濕法浸出提取法能使有價(jià)金屬鋰鐵進(jìn)入溶液，具有金屬回收率高、除雜效率高、技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢，成為主流處理技術(shù)。

三、試驗(yàn)討論：廢舊磷酸鐵鋰電池回收工藝探究

(一)試驗(yàn)材料與設(shè)備

試驗(yàn)所用化學(xué)試劑均為分析純，溶液由去離子水配制，廢舊磷酸鐵鋰電池來自國內(nèi)某公司。通過電感耦合等離子體光譜儀(ICP)測定廢舊磷酸鐵鋰正極粉末元素含量，如鋰含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為3.620%，鐵含量為28.064%，磷含量為16.252%，鋁含量為0.087%。試驗(yàn)設(shè)備包括DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵、BS124S電子天平、PHSJ-4A試驗(yàn)室pH計(jì)、101-2電熱鼓風(fēng)干燥箱、SX25-12A箱式電阻爐、ICAP7400ICP電感耦合等離子體光譜儀等。

(二)浸出試驗(yàn)

浸出試驗(yàn)在250mL三頸燒瓶中開展，以磷酸為浸出劑，利用集熱式恒溫加熱磁力攪拌器控溫。通過調(diào)控磷酸濃度、浸出溫度、浸出時(shí)間和固液比來提升鋰的浸出率。浸出后經(jīng)循環(huán)水式真空泵抽濾得浸出液，依據(jù)公式η=mA~?wcA~?VA~?100%計(jì)算元素浸出率，其中η為浸出率，c為目標(biāo)元素在浸出液中的濃度(mg/L)，V為浸出液體積(L)，w為相應(yīng)元素在電極中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，m為試驗(yàn)所用磷酸鐵鋰質(zhì)量(g)。

固液比對鋰浸出率的影響：討論不同固液比對鋰和鐵浸出率的作用，按不同固液比配成混合溶液，在80℃、攪拌速度500r/min、反應(yīng)時(shí)間2h條件下試驗(yàn)。結(jié)果顯示，隨著廢陰極材料與去離子水比例增加，鋰浸出率總體呈下降趨勢，在1∶5固液比下浸出率最高達(dá)92.58%;鐵浸出率在固液比1∶4-1∶6時(shí)上升，1∶6時(shí)最高為12.71%，隨后降低。綜合考慮，選擇1∶5固液比連續(xù)討論。

磷酸濃度對鋰浸出率的影響：按1∶5固液比配成不同磷酸濃度混合溶液，在80℃、攪拌速度500r/min、反應(yīng)時(shí)間2h下試驗(yàn)。結(jié)果表明，磷酸濃度在3.41-6.82mol/L區(qū)間內(nèi)，鋰浸出率基本維持在93.00%，鐵浸出率隨磷酸濃度增加而上升。考慮鋰浸出效果、試驗(yàn)成本及后續(xù)除鐵流程，選擇3.41mol/L磷酸濃度進(jìn)行后續(xù)討論。

水浴溫度對鋰浸出率的影響：將溫度掌握在40-90℃，按1∶5固液比配成磷酸濃度3.41mol/L混合溶液，反應(yīng)時(shí)間2h，攪拌速度500r/min下試驗(yàn)。結(jié)果顯示，40℃時(shí)鋰浸出率為75.74%，70℃時(shí)最高達(dá)88.26%，隨后略微下降;鐵浸出率隨溫度上升而降低?？紤]能耗，反應(yīng)溫度掌握在70℃。

轉(zhuǎn)速對鋰浸出率的影響：將轉(zhuǎn)速掌握在200-700r/min，按1∶5固液比配成磷酸濃度3.41mol/L混合溶液，水浴溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間2h下試驗(yàn)。結(jié)果表明，浸出率隨轉(zhuǎn)速變化不顯著，鋰離子浸出率最高為88.63%，在500r/min時(shí)達(dá)到最高。考慮設(shè)備成本，轉(zhuǎn)速設(shè)定為500r/min。

反應(yīng)時(shí)間對鋰浸出率的影響：將反應(yīng)時(shí)間掌握在1-3.5h，按1∶5固液比配成磷酸濃度3.41mol/L混合溶液，在70℃、攪拌速度500r/min下試驗(yàn)。結(jié)果顯示，鋰離子浸出率在3h時(shí)最高為94.16%?？紤]時(shí)間成本，反應(yīng)時(shí)間設(shè)定為3h。綜上，在磷酸濃度3.41mol/L，固液比1∶5，攪拌速度500r/min，水浴溫度70℃下反應(yīng)3h，鋰浸出率達(dá)94.16%，鐵浸出率6.55%。

(三)沉淀試驗(yàn)

確定最佳浸出條件后收集浸出液，取50mL浸出液，用氨水調(diào)整pH值，利用集熱式恒溫加熱磁力攪拌器控溫，使鐵和鋰分步沉淀。通過掌握試驗(yàn)pH值、沉淀溫度和沉淀時(shí)間提高鋰沉淀率。沉淀后抽濾、烘干，檢測濾液中鋰含量，用公式1?η計(jì)算元素沉淀率。

pH對鋰沉淀率的影響：已知磷酸鋰沉淀pH值為5.5-8，在除鐵溶液中滴加氨水使溶液pH分別為4、5、6、7、8、9，反應(yīng)時(shí)間3h，溫度70℃下試驗(yàn)。結(jié)果顯示，pH值在5以下時(shí)，鋰沉淀率極低，pH增加至6時(shí)，鋰沉淀率上升到90.42%，pH為8時(shí)，鋰沉淀率為95.26%?？紤]試驗(yàn)成本，最佳沉淀pH值為8。

反應(yīng)時(shí)間對鋰沉淀率的影響：將反應(yīng)時(shí)間掌握在0.5-3h，溶液除鐵后調(diào)整pH值到8，反應(yīng)溫度70℃下試驗(yàn)。結(jié)果顯示，鋰沉淀率隨反應(yīng)時(shí)間從0.5h延長至1.5h時(shí)變化顯著，之后趨于平穩(wěn)，3h時(shí)最高為96.79%?？紤]時(shí)間成本，反應(yīng)時(shí)間設(shè)定為2h。

溫度對鋰沉淀率的影響：將溫度掌握在30-80°C，在除鐵后溶液中調(diào)整pH值為8，反應(yīng)時(shí)間2h下試驗(yàn)。結(jié)果顯示，反應(yīng)溫度從30℃上升至60℃時(shí)，鋰沉淀率從86.56%上升至96.78%，60℃上升至80℃時(shí)，鋰沉淀率降至92.61%?？紤]能耗和鋰沉淀率，選取60℃為最佳沉淀溫度。綜上，最佳沉淀鋰的條件為：溶液pH值為8，60℃水浴溫度下反應(yīng)2h，鋰沉淀率可達(dá)96.78%。

四、總結(jié)

通過一系列試驗(yàn)討論，確定了廢舊磷酸鐵鋰電池回收工藝中鋰的最佳浸出與沉淀?xiàng)l件。在浸出環(huán)節(jié)，磷酸濃度3.41mol/L，固液比1∶5，攪拌速度500r/min，70℃水浴溫度下反應(yīng)3h，鋰浸出率達(dá)94.16%，鐵浸出率6.55%。在沉淀環(huán)節(jié)，溶液pH值為8，60℃水浴溫度下反應(yīng)2h，鋰沉淀率可達(dá)96.78%。該討論成果為廢舊磷酸鐵鋰電池中鋰的選擇性回收降低了成本，通過單因素試驗(yàn)削減了藥劑成本，選擇性回收縮短了工藝流程，降低了設(shè)備投入，提升了經(jīng)濟(jì)效益，為2025年磷酸鐵鋰電池行業(yè)技術(shù)在廢舊電池回收領(lǐng)域的進(jìn)展供應(yīng)了有力支撐，有助于推動(dòng)行業(yè)的可持續(xù)進(jìn)展，緩解鋰資源短缺問題，削減環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

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