An economical and closed-loop hydrometallurgical method to prepare battery-grade iron phosphate from delithiated LiFePO4 cathode scrap

废品 浸出(土壤学) 磷酸铁 阴极 溶解 磷酸盐 冶金 材料科学 选择性浸出 环境科学 无机化学 废物管理 化学 工程类 物理化学 有机化学 土壤科学 土壤水分
作者
Luyao Yang,Duoduo Wang,Jialiang Zhang,Yongqiang Chen,Chengyan Wang
出处
期刊:Journal of Cleaner Production [Elsevier]
卷期号:444: 141194-141194 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.jclepro.2024.141194
摘要

The economical recovery of Fe and P poses a significant challenge in the comprehensive recovery of spent LiFePO4 batteries. A novel approach for the preparation of battery-grade FePO4·2H2O from iron phosphate residue by H3PO4 leaching and precipitation without alkali addition was proposed in this study. Under the optimized conditions of H3PO4 concentration of 6 mol L−1, liquid-solid ratio of 7.5 mL g−1, leaching temperature of 75 °C, and leaching time of 180 min, the leaching rates of 99.2% and 98.0% were achieved for Fe and P, respectively. During the leaching process, first dissolved Fe and P will recombine to form FePO4·2H2O, whereas the complete dissolution of FePO4·2H2O requires an increase in leaching temperature. Subsequently, 93.5% of Fe in the leaching solution can be precipitated as FePO4·2H2O at dilution ratio of 3.5, temperature of 90 °C, and crystallization time of 4 h. The mother liquor can be employed as a leaching agent after simple evaporation; thus, the closed-loop hydrometallurgical method avoids wastewater emissions. The LiFePO4/C cathode materials synthesized from FePO4·2H2O precursors exhibited an initial discharge capacity of 157.6 mAh g−1 at 0.1 C. After 100 cycles at 1 C, the reversible specific capacity remained 136.2 mAh g−1 with a capacity retention rate of 100%. This study presents an economical and environmental-friendly method for recycling iron phosphate residue, which is promising to address a crucial problem in the comprehensive recovery of spent LiFePO4 batteries.
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