光华科技庄胜加：退役磷酸铁锂电池正极材料高效利用与高值化利用

庄胜加，现任珠海中力新能源科技有限公司总经理，珠海中力新能源科技有限公司为光华科技在动力电池回收利用领域布局的全资子公司。庄胜加总经理带领团队针对当前废旧磷酸铁锂回收领域发展的机遇，基于现有磷酸铁和磷酸铁锂产品的市场优势，实施磷酸铁锂正极材料回收工艺，不断提高废旧磷酸铁锂电池的综合利用率，降低回收成本，实现公司盈利的同时兼顾环境问题，促进废旧磷酸铁锂电池拆解回收的健康发展，并形成废旧磷酸铁锂电池回收产业化的良性循环发展。

《汽车专家述评》2021年12月刊以“新能源汽车动力电池回收助力‘碳中和’”为主题，邀请中汽咨询委委员和行业著名专家以及有实战经验的优秀企业专家进行撰稿，分为“顶层设计与政策导向”、“先进技术工艺”、“创新商业模式”三大板块，对动力电池回收利用产业发展进行全方位、多层次的研究和探讨。非常荣幸邀请到庄胜加总经理为“先进技术工艺”板块撰稿，分享光华科技在退役磷酸铁锂电池循环利用的主要关键技术，以期对行业的发展提供借鉴和思考。以下为全文内容：

退役磷酸铁锂电池正极材料高效利用与高值化利用技术

“十四五”时期，我国着力构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，提出了“碳达峰、碳中和”两大目标的时间节点、基本思路和主要举措，因此，发展循环经济、绿色经济，提高资源利用效率和再生资源利用水平的需求十分迫切，且空间巨大。当前，我国新能源汽车产业蓬勃发展，推广应用工作有序推进，在可预见的未来，动力电池将大规模退役并进入回收利用环节。为了推动退役电池回收市场的发展，规范新能源汽车行业，国家陆续出台了相关利好政策，引起全国省市县政府、金融资本、跨领域企业、行业机构等各方的重点关注，一时间新能源汽车退役动力电池产业成为一大热点，尤其对回收价值不高的磷酸铁锂电池的回收更是尤为重视。妥善处理好这类电池不仅涉及产业发展和环保问题更涉及社会责任，光华科技在退役磷酸铁锂电池正极材料高效利用与高值化利用技术方面做了深入研究和探索，在此做梳理和分享，以期待对行业企业能有所启发和思考。

一

磷酸铁锂电池成为市场热点，高值化利用技术成行业痛点

在国内外新能源汽车市场快速增长带动下，动力型锂离子电池继续保持快速增长势头。动力电池按照正极材料可分为三元锂电池、磷酸铁锂电池及其他电池。目前看，海外以三元锂电池为主，国内则三元电池和磷酸铁锂电池同步发展，磷酸铁锂电池市场增速更快。自2021年7月以来，磷酸铁锂电池从产量、销量和装车量三个方面实现了对三元锂电池的单月反超。而追溯到7年前的2014年，磷酸铁锂电池的装机量更是超过了89%，按照新能源汽车动力电池5-8年的使用寿命测算，国内2014年投产上市的动力电池在2019年已经开始进入批量 废期，其中磷酸铁锂电池退役量占多数，其回收市场很大。可见，未来磷酸铁锂动力电池循环再造市场前景广阔。

根据中商产业研究院预测，2021我国退役动力电池回收市场规模将进一步增长至143亿元左右。到2025年，我国退役动力电池回收市场规模或将超400亿元。但在退役磷酸铁锂电池资源化回收方面，由于所含主要组分铁、磷、石墨价值不高，回收经济性较低，如何实现磷酸铁锂电池的高值化回收，成为了产业发展面临的主要问题。

二

光华科技实现自主创新，高效高值循环利用技术实现突破

广东光华科技股份有限公司响应国家政策，结合自身优势致力于锂电池全生命周期大循环产业链的构建，通过自主研发与合作，目前已掌握了退役磷酸铁锂电池正极材料的高效利用与高值化利用技术。该技术的应用落地实施，可提高退役磷酸铁锂电池正极材料的综合利用率，降低回收成本，实现公司盈利的同时兼顾环境问题，促进我国退役磷酸铁锂电池综合回收的健康发展，并形成退役磷酸铁锂电池回收产业化的良性循环发展，对于促进我国及地方产业优化升级，健全资源循环利用体系，实现国家“碳中和”的新发展理念和目标起着重要的推动作用。

磷酸铁锂正极回收料的主流方法采用硫酸将磷酸铁锂材料中的锂、铁、磷浸出到溶液中，再分别沉淀得到磷酸铁和碳酸锂产品，但该方法锂的回收率低、得到的磷酸铁难以达到电池用要求，且酸碱耗量和高盐废水产出量大。我司技术则是利用磷酸铁锂电池“氧化脱锂/还原嵌锂”的电化学原理，提出低酸空气氧化条件下强化选择性提锂新方法，在未破坏磷酸铁锂结构的条件下优先提锂，避免了低锂高盐溶液的产生从而确保锂的高回收率，创新采用“低酸浸出除铜、氟-铁磷渣强化还原-铁、磷溶液深度净化”串级除杂技术，为铁磷的利用提供高质量的原料，之后采用“铁磷原料强化还原溶出-晶种诱导沉淀磷酸铁”技术，实现了电池用磷酸铁的可控制备。磷酸铁结晶母液大部分可返回工艺系统使用，废水处理量大幅降低。项目突破现有工艺锂回收率低、除杂困难、废水处理成本高的关键难题，实现了磷酸铁锂正极废料的高效回收和高值化利用。

三

光华科技退役磷酸铁锂电池循环利用的主要关键技术

1 .磷酸铁锂低酸选择性浸锂技术

通过研究磷酸铁锂氧化浸锂的机理和动力学强化机制，分析低酸强化氧化过程中锂及其他组元的转化、溶出行为及开发相应的调控方法，根据实验条件（pH、空气流量、温度、液固比等）摸索出最优的工艺参数，实验室里对磷酸铁锂边角料、退役磷酸铁锂电池正极回收料进行提锂，锂浸出率达到了99%以上。此外，还进行了气/液/固三相反应中气泡行为、界面反应机制的研究与高效反应器的开发。研究锂浸出液中铝、铜、铁、氟、磷等杂质的深度脱除与电池级碳酸锂制备技术及其控制方法，通过调节适当的pH值，使铜、铝等杂质一并除去，解决磷铁渣中铜铝含量偏高的问题，为铁磷的回收利用提供高质量原料。

2 .铁磷原料强化还原溶出技术

通过研究机械力作用下铁磷渣与铁粉在硫酸介质下的转化溶出反应机制，探明铁磷高效溶出的关键技术因素及其调控机制。考察不同条件对磷酸铁组成、结构、形貌的影响规律，开发出电池用磷酸铁制备及其精细调控技术，同时考虑磷酸铁物化特性对制备的磷酸铁锂正极材料电化学性能的影响规律，最终制备得到符合客户要求的电池级磷酸铁。

3. 杂质元素选择性转化与脱除技术

探明铁、磷及杂质元素在低酸、弱碱介质中的行为走向与固液配分规律，开发出铁磷渣中杂质元素选择性转化与铁磷溶液高效脱杂技术与调控方法。综合考虑环保和能耗问题，通过研究磷酸铁结晶母液循环回用技术，采用特殊的调节剂调控溶液pH，避免了大量高盐高磷废水的产生，开展介质循环下全过程联动实验研究，形成退役磷酸铁锂电池正极材料绿色循环的示范工程，实现了电池级磷酸铁的可控环保制备。

经过多因素多水平的小试设计验证，光华科技攻克了理论转化为实际应用过程中的许多问题，最终确定了一定的工艺条件，达到锂浸出率>92%，铁、磷的回收率>95%的回收效果。后经过放大规模的中试验证及参数微调，锂浸出率仍能保持>92%，铁、磷的回收率>95%，基本在98%的回收率，回收的磷酸铁、碳酸锂和利用回收产品制备磷酸铁锂均可达到电池级标准。在工艺设计之初公司研发团队就做了很多减少杂质性辅料使用目标假设，经过试验探索及放大验证，基本达成目标，所投入的辅料及工艺水可以大幅度循环使用。本技术克服了传统回收工艺的锂和磷铁渣全组分回收率低、杂质去除困难、废水处理成本高的关键技术难题，具有生产操作简单、经济实效、绿色环保等优势，技术的放大实施，将为退役磷酸铁锂正极材料的回收带来重大突破。希望通过光华科技的实践和努力，为我国新能源汽车可持续发展和动力电池循环利用做出一份贡献。