廃リチウムイオン電池正極材LiFePO4からのリチウムとリンの回収

从废旧锂离子电池正极材料LiFePO4中回收锂和磷

• 批准号: 22K04786
• 负责人: 岩間 崇之
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04786/
• 关键词: 製鋼スラグ; LFPバッテリー; 溶液合成; 高温合成; リサイクル; 希少元素リサイクル; 電極正極材; 電気自動車

2022年度はLiFePO4(以下LFPとする)正極材のリサイクル技術確立の前段として、リンを含有する産業廃棄物である製鋼スラグを原料としたLFP合成技術のプロセスフローを設計した。製鋼スラグ中にはリンが豊富に含まれているがこれらは現在未活用であり、今後のLFP需要増加対応のためにLFP正極材のリサイクルと同等に重要な技術となりうる。製鋼スラグからのLFP合成技術の第一段階として、まず製鋼スラグを酸性溶液で浸出しリン酸含有溶液を得た。次に第二段階として、この浸出溶液にFeCl3溶液を添加することで非晶質FePO4・2H2Oの沈殿を生成・分離した。第三段階として、得られたFePO4・2H2Oを大気雰囲気下、700℃、10時間保持することで、結晶性FePO4を得た。最後に第四段階として、焼成した結晶性FePO4、LiOH、グルコースの混合物をN2雰囲気下、700℃、10時間保持することで、電池材料として有用な炭素がコーティングされたオリビン型LFPを得ることができた。このプロセスの第三段階の焼成において、高温保持後試料の非晶質のSiO2が存在する場合に結晶性FePO4への変態が阻害されることをTEMによる微細構造分析を行うことで明らかにした。そこで第二段階のFePO4・2H2O沈殿操作における非晶質SiO2の生成条件を調べるため、溶液中共存イオン、元素濃度、溶存Siの化学種の影響を調べた。その結果、Caイオン濃度を600ppm以上かつNa2SiO3を溶解してSiイオン濃度を100ppm以上としたときはSiO2が生成した。しかしながら、Na4SiO4を溶解した場合は、Caイオン濃度が2000ppmかつSiイオン濃度が150ppmでもSiO2は生成せず、焼成により結晶性のよいFePO4を得ることができた。

2022财年，作为建立LiFePO4（以下简称LFP）正极材料回收技术的第一步，我们设计了以炼钢渣（一种含磷工业废物）为原料的LFP合成技术的工艺流程。尽管炼钢渣中含有丰富的磷，但目前尚未得到充分利用，因此该技术可能与磷酸铁锂正极材料的回收一样重要，以满足未来对磷酸铁锂日益增长的需求。作为炼钢渣合成LFP技术的第一步，首先将炼钢渣用酸性溶液浸出，得到含磷酸的溶液。接下来，在第二步中，将FeCl3溶液添加到该浸出液中以生成并分离非晶态FePO4·2H2O沉淀物。第三步，将得到的FePO4·2H2O在空气中于700℃保温10小时，得到结晶FePO4。最后，在第四步中，通过将结晶FePO4、LiOH和葡萄糖的煅烧混合物在N2气氛中在700℃下保持10小时，可以获得可用作电池材料的碳包覆橄榄石型LFP我能够做到。使用 TEM 进行的微观结构分析表明，在该过程的第三个烧制步骤中，将样品置于高温下后，样品中存在的无定形 SiO2 抑制了其向结晶 FePO4 的转变。因此，为了研究第二阶段FePO4·2H2O沉淀操作中非晶态SiO2的形成条件，我们研究了溶液中共存离子、元素浓度和溶解Si的化学物种的影响。结果，当Ca离子浓度为600ppm以上且Si离子浓度为100ppm以上时，通过溶解Na 2 SiO 3 生成SiO 2 。然而，当Na 4 SiO 4 溶解时，即使Ca离子浓度为2000ppm、Si离子浓度为150ppm，也不会生成SiO 2 ，​​并且通过烧成可以获得结晶性良好的FePO 4 。