本發(fā)明涉及一種廢氣磷酸鐵鋰電池正極材料的利用方法，尤其涉及一種廢氣磷酸鐵鋰電池正極料用于制備鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著近些年新能源汽車(chē)市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，以鋰離子電池為主的動(dòng)力電池市場(chǎng)迎來(lái)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)，2022年我國(guó)動(dòng)力電池累計(jì)裝機(jī)量達(dá)到294.6?gwh。但由此，越來(lái)越多退役廢舊鋰離子電池亟需合理、高效地處理、回收再利用，從而有效地減少有價(jià)金屬資源浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還可以防止廢舊動(dòng)力電池對(duì)環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的危害。

2、鉀元素與鋰元素?fù)碛邢嗨频幕瘜W(xué)性質(zhì)，且在地殼中儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉，因此鉀離子電池被認(rèn)為是可代替鋰離子電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的儲(chǔ)能器件。但由于鉀離子半徑（1.33?）比鋰離子半徑（0.76??）大得多，增大了鉀離子在充放電過(guò)程中的脫嵌難度，從而無(wú)法將傳統(tǒng)鋰離子電池石墨負(fù)極直接運(yùn)用到鉀離子電池之上。因此，開(kāi)發(fā)具有高比能鉀離子電池負(fù)極，以提高其比容量及循環(huán)壽命是十分必要的。

3、過(guò)渡金屬硫代磷酸鹽（mps3）是一種典型的低成本二維層狀材料，其中硫代磷酸鐵（硫代磷酸鐵）負(fù)極材料具有極高的理論容量（1318mah?g-1）和較大的層間距（6.4??），在鉀離子電池中表現(xiàn)出較高的潛質(zhì)。但硫代磷酸鐵在反應(yīng)過(guò)程中也有導(dǎo)電性差、體積膨脹嚴(yán)重等轉(zhuǎn)化型材料的通病。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料和其制備方法及應(yīng)用，

2、所述鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的制備方法包括以下步驟：

3、將從廢棄的磷酸鐵鋰電池得到的磷酸鐵鋰正極粉置于酸性溶液中加熱攪拌，通過(guò)酸浸的方法將正極粉中的磷酸鐵鋰溶解，通過(guò)離心、過(guò)濾得到含有鐵、鋰、磷酸根離子的酸浸液；

4、攪拌含有鐵、鋰、磷酸根離子的酸浸液，并同時(shí)添加堿液以調(diào)節(jié)溶液ph值為4～6，以得到氫氧化鐵沉淀液，并對(duì)氫氧化鐵懸濁液進(jìn)行離心、洗滌、烘干，以獲得純凈的氫氧化鐵粉末；

5、將上述氫氧化鐵粉末和過(guò)量的五硫化二磷，分別置于單通石英套管的外管和內(nèi)管底端，單通石英管內(nèi)、外管管口相對(duì)嵌套，整體置于氬氣氣氛下的多溫段管式爐中，以通過(guò)氫氧化鐵粉末與五硫化二磷蒸汽的氣-固兩相反應(yīng)，得到混有五硫化二磷的硫代磷酸鐵納米片材料；

6、將上述混有五硫化二磷的硫代磷酸鐵納米片材料置于氬氣氣氛下，通過(guò)煅燒去除多余的五硫化二磷，得到純凈的硫代磷酸鐵納米片材料。

7、根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，分別置于單通石英套管的外管和內(nèi)管底端氫氧化鐵粉末與五硫化二磷質(zhì)量比為1:（2～3）。

8、根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，氫氧化鐵粉末與五硫化二磷蒸汽的氣-固兩相反應(yīng)時(shí)，五硫化二磷和氫氧化鐵所在的溫區(qū)分別設(shè)置250～300?℃和450～500?℃的目標(biāo)保溫溫度。

9、根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，在將廢棄的廢棄磷酸鐵鋰電池的正極極片置于馬弗爐中煅燒之前，所述方法還包括：

10、廢棄的磷酸鐵鋰電池進(jìn)行鹽水放電，即：首先除去單體退役磷酸鐵鋰電池的外包裝，使鋁殼裸露，將其置于3～5?l濃度為2?m的氯化鈉溶液中進(jìn)行放電。

11、根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，在將廢棄的廢棄磷酸鐵鋰電池的正極極片置于馬弗爐中煅燒之前，且在進(jìn)行鹽水放電之后，所述方法還包括：

12、將鹽水放電后得到的正極極片煅燒，如置于馬弗爐中煅燒，以初步去除粘結(jié)劑及集流體鋁箔，得到磷酸鐵鋰正極粉。

13、根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，煅燒時(shí)保溫溫度為400～600℃，保溫時(shí)間為1～3h，取出分離后得到的正極粉末。

14、根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，在攪拌有鐵、鋰、磷酸根離子的酸浸液的同時(shí)，添加堿液以調(diào)節(jié)溶液ph值，以得到氫氧化鐵懸濁液，在將廢棄的廢棄磷酸鐵鋰電池的正極極片置于馬弗爐中煅燒之前，所述方法還包括：

15、繼續(xù)調(diào)節(jié)去除氫氧化鐵沉淀后的上清液ph值為11～13，濃縮結(jié)晶得到磷酸鋰沉淀，以分離出磷酸鋰。

16、根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，將混有五硫化二磷的硫代磷酸鐵納米片材料放入管式爐通過(guò)30～60min升溫至200～300℃，保溫1～3h，以去除多余的五硫化二磷。

17、根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料，其通過(guò)如上所述方法制成。

18、根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供基于上述所述方法制備的鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的用途，用于鉀離子電池陽(yáng)極材料中。

19、有益效果：

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

21、1、本發(fā)明采用傳統(tǒng)水熱法，整個(gè)制備工藝簡(jiǎn)單，條件適中、安全、原料廉價(jià)易得，對(duì)設(shè)備要求低，容易大批量生產(chǎn)。

22、2、本發(fā)明制備方法是以退役廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料為原料，具有顯著的經(jīng)濟(jì)。

技術(shù)特征：

1.鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的制備方法，其特征在于，所述鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的制備方法，其特征在于，分別置于單通石英套管的外管和內(nèi)管底端氫氧化鐵粉末與五硫化二磷質(zhì)量比為1:（2～3）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的制備方法，其特征在于，氫氧化鐵粉末與五硫化二磷蒸汽的氣-固兩相反應(yīng)時(shí)，五硫化二磷和氫氧化鐵所在的溫區(qū)分別設(shè)置250～300?℃和450～500?℃的目標(biāo)保溫溫度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的制備方法，其特征在于，在將廢棄的廢棄磷酸鐵鋰電池的正極極片置于馬弗爐中煅燒之前，所述方法還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的制備方法，其特征在于，在將廢棄的廢棄磷酸鐵鋰電池的正極極片置于馬弗爐中煅燒之前，且在進(jìn)行鹽水放電之后，所述方法還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的制備方法，其特征在于，煅燒時(shí)保溫溫度為400～600℃，保溫時(shí)間為1～3h，取出分離后得到的正極粉末。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的制備方法，其特征在于，在攪拌有鐵、鋰、磷酸根離子的酸浸液的同時(shí)，添加堿液以調(diào)節(jié)溶液ph值，以得到氫氧化鐵懸濁液，在將廢棄的廢棄磷酸鐵鋰電池的正極極片置于馬弗爐中煅燒之前，所述方法還包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的制備方法，將混有五硫化二磷的硫代磷酸鐵納米片材料放入管式爐通過(guò)30～60min升溫至200～300℃，保溫1～3h，以去除多余的五硫化二磷。

9.鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料，其特征在于，其通過(guò)權(quán)利要求1～8所述方法制成。

10.基于權(quán)利要求1～8所述方法制備的鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料的用途，其特征在于，用于鉀離子電池陽(yáng)極材料中。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)屬于鉀離子電池負(fù)極硫代磷酸鐵納米片材料和其制備方法及應(yīng)用，其納米片材料制備方法包括：將從廢棄的磷酸鐵鋰電池得到的磷酸鐵鋰正極粉置于酸性溶液中加熱攪拌，通過(guò)酸浸的方法將正極粉中的磷酸鐵鋰溶解，通過(guò)離心、過(guò)濾得到含有鐵、鋰、磷酸根離子的酸浸液；攪拌含有鐵、鋰、磷酸根離子的酸浸液，并同時(shí)添加堿液以調(diào)節(jié)溶液pH值為4～6，以得到氫氧化鐵沉淀液，并對(duì)氫氧化鐵懸濁液進(jìn)行離心、洗滌、烘干，以獲得純凈的氫氧化鐵粉末；將上述粉末和過(guò)量的五硫化二磷，通過(guò)氫氧化鐵粉末與五硫化二磷蒸汽的氣?固兩相反應(yīng)，得到混有五硫化二磷的硫代磷酸鐵納米片材料，從而可以使廢氣磷酸鐵鋰電池正極材料得到重復(fù)利用。

技術(shù)研發(fā)人員：請(qǐng)求不公布姓名
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海動(dòng)力電池循環(huán)利用中心有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15