ES3033513A1 - Method for recovering lithium from lithium-ion battery electrolytes - Google Patents
Method for recovering lithium from lithium-ion battery electrolytesInfo
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
MÉTODO DE RECUPERACIÓN DE LITIO DE ELECTROLITOS DE BATERÍAS DEMETHOD OF RECOVERING LITHIUM FROM ELECTROLYTES OF BATTERIES
IÓN LITIOLITHIUM ION
La presente invención pertenece al campo de la recuperación de sales de litio de baterías usadas, y más concretamente, a un método de recuperación de los productos de degradación de un electrolito líquido compuesto por al menos una sal de litio a partir de la masa negra de baterías de litio gastadas, que comprende etapas de hidrólisis, filtrado, evaporación, y opcionalmente de tratamiento térmico y posterior disolución selectiva, para así obtener sales de litio a partir del electrolito recuperado de la batería de litio gastada. Este método es capaz de recuperar sales de litio de forma sencilla, y sin la utilización de altas temperaturas ni reactivos químicos. The present invention relates to the recovery of lithium salts from spent batteries, and more specifically, to a method for recovering the degradation products of a liquid electrolyte composed of at least one lithium salt from the black mass of spent lithium batteries, comprising steps of hydrolysis, filtration, evaporation, and optionally heat treatment and subsequent selective dissolution, in order to obtain lithium salts from the electrolyte recovered from the spent lithium battery. This method is capable of recovering lithium salts in a simple manner, and without the use of high temperatures or chemical reagents.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
En el estado de la técnica son ampliamente conocidas las baterías de ion-litio que incluyen un electrolito de litio. De hecho, la mayor parte de las baterías de ion litio que se utilizan en ordenadores, cámaras, electrodomésticos, patinetes, bicicletas y vehículos eléctricos, incluyen un electrolito de litio. Los electrolitos empleados en las baterías consisten en una mezcla de disolventes orgánicos con sales de litio (con elevada solubilidad en los disolventes), procurando así una gran movilidad de los iones en el fluido (difusión y migración). Comúnmente el electrolito está compuesto por un disolvente, principalmente carbonatos orgánicos (es decir en ésteres del ácido carbónico H<2>CO<3>), y una sal conductora como el hexafluorofosfato de litio (LiPF6). Debido a su estabilidad frente a la oxidación y a su alta conductividad, las soluciones de sales de litio, en particular LiPF6en carbonatos orgánicos (es decir en ésteres del ácido carbónico H<2>CO<3>) son los electrolitos más empleados en la fabricación de baterías de ion litio. Lithium-ion batteries that include a lithium electrolyte are widely known in the state of the art. In fact, most lithium-ion batteries used in computers, cameras, household appliances, scooters, bicycles, and electric vehicles include a lithium electrolyte. The electrolytes used in batteries consist of a mixture of organic solvents with lithium salts (with high solubility in the solvents), thus ensuring high ion mobility in the fluid (diffusion and migration). The electrolyte is commonly composed of a solvent, mainly organic carbonates (i.e., in carbonic acid esters H<2>CO<3>), and a conductive salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF6). Due to their stability against oxidation and their high conductivity, solutions of lithium salts, particularly LiPF6, in organic carbonates (i.e., in carbonic acid esters H<2>CO<3>), are the most commonly used electrolytes in the manufacture of lithium-ion batteries.
No obstante, cuando se alcanza la vida útil de la batería y no son posibles otras opciones de reutilización, dicha sal de litio acaba formando parte del resto de sus componentes, es decir, del ánodo y del cátodo de la batería. However, when the battery's useful life is reached and other reuse options are no longer possible, this lithium salt ends up becoming part of the rest of its components, that is, the battery's anode and cathode.
Normalmente, con el fin de recuperar o bien los metales de las baterías agotadas, o bien el propio metal del electrolito (como es el caso del litio), se genera a partir de los residuos de las baterías lo que se conoce como una "masa negra” , que es una fracción que incluye los componentes de interés de la batería agotada. Esta "masa negra” se obtiene normalmente a partir de la trituración de las celdas de las baterías que han sido previamente separadas de los módulos. Después de la trituración puede haber una etapa de separación de componentes, principalmente aluminio y cobre y, en ocasiones, un tratamiento térmico para eliminar los compuestos orgánicos que forman parte del electrolito. Normally, in order to recover either the metals from spent batteries, or the metal itself from the electrolyte (as is the case with lithium), what is known as a "black mass" is generated from the battery waste, which is a fraction that includes the components of interest from the spent battery. This "black mass" is normally obtained from the crushing of battery cells that have previously been separated from the modules. After crushing, there may be a component separation stage, mainly aluminum and copper, and sometimes a heat treatment to remove the organic compounds that form part of the electrolyte.
La fracción obtenida después de la trituración y, en ocasiones, del tratamiento térmico, se conoce como "masa negra” e incluye una mezcla de ánodo, cátodo y las impurezas que puedan provenir de restos del envoltorio de las celdas, Es decir, es una mezcla de grafito y de los metales que formaron el cátodo (manganeso, cobalto, níquel, y litio, principalmente. En lo que se refiere al litio, la presencia de este metal en la masa negra es debida tanto al electrolito (el litio asociado fundamentalmente al LiF6P) como al litio existente en el cátodo. A partir de esta masa negra, se han desarrollado muchas técnicas que permiten separar los metales entre sí, con mayor o menor dificultad y grado de pureza. Para ello, se utilizan tanto técnicas hidrometalúrgicas como pirometalúrgicas de alta temperatura(Xie, F., Wang, C., Sun, Y., Fan, Y., Zhao, Z., Yao, Y., 2023. Sustainable and selective recovery of lithium from spent lithium-ion batteries based on hydrogen reduction: Theoretical analysis and phase transformation. Sep. Purif. Technol.The fraction obtained after crushing and, sometimes, heat treatment, is known as "black mass" and includes a mixture of anode, cathode and impurities that may come from remains of the cell packaging. That is, it is a mixture of graphite and the metals that formed the cathode (manganese, cobalt, nickel, and lithium, mainly). Regarding lithium, the presence of this metal in the black mass is due to both the electrolyte (lithium mainly associated with LiF6P) and the lithium existing in the cathode. From this black mass, many techniques have been developed that allow the metals to be separated from each other, with greater or lesser difficulty and degree of purity. For this purpose, both hydrometallurgical and high-temperature pyrometallurgical techniques are used (Xie, F., Wang, C., Sun, Y., Fan, Y., Zhao, Z., Yao, Y., 2023. Sustainable and selective recovery of lithium from spent lithium-ion batteries based on hydrogen reduction: Theoretical analysis and phase transformation. Sep. Purif. Technol.
318, 123972).La recuperación del litio se puede llevar a cabo por distintas técnicas, que permiten obtener sales de litio (carbonato, hidróxido y oxalato, principalmente), pero estas técnicas conducen a productos contaminados por sales de flúor procedentes de la degradación del electrolito por lo que es necesario eliminar primeramente estas sales de flúor para obtener sales de litio de alta pureza. 318, 123972). Lithium recovery can be carried out by different techniques, which allow obtaining lithium salts (carbonate, hydroxide and oxalate, mainly), but these techniques lead to products contaminated by fluorine salts from the degradation of the electrolyte, so it is necessary to first eliminate these fluorine salts to obtain high purity lithium salts.
Ejemplos de procesos de recuperación de metales (tales como litio o sus sales), a partir de baterías de litio usadas y sus masas negras, se pueden encontrar en la literatura, por ejemplo, en el documento US2007196725A1 que recupera litio a partir de ánodos triturados de baterías agotadas de litio mediante un proceso hidrometalúrgico que disuelve los óxidos metálicos y el litio en agua y finalmente mediante la adición de ácido se consigue precipitar el litio como carbonato de litio (U<2>CO<3>). Otro ejemplo de un proceso similar es el del documento KR20210138922A que divulga un método para recuperar litio a partir de electrodos positivos y electrolitos de baterías de litio agotadas, que comprende una lixiviación ácida, un posterior filtrado, y la adición de una disolución acuosa de Na2CO3 para precipitar el litio disuelto como carbonato de litio (U2CO3). Estos procesos extraen el litio de la batería agotada para posteriormente reconvertir el litio en otra sal de litio, usando altas temperaturas o bien reactivos fuertes tales como ácidos. Examples of metal recovery processes (such as lithium or its salts) from used lithium batteries and their black masses can be found in the literature, for example, in document US2007196725A1 which recovers lithium from crushed anodes of spent lithium batteries by means of a hydrometallurgical process that dissolves the metal oxides and lithium in water and finally by adding acid the lithium is precipitated as lithium carbonate (U<2>CO<3>). Another example of a similar process is that of document KR20210138922A which discloses a method for recovering lithium from positive electrodes and electrolytes of spent lithium batteries, comprising acid leaching, subsequent filtering, and the addition of an aqueous Na2CO3 solution to precipitate the dissolved lithium as lithium carbonate (U2CO3). These processes extract lithium from the depleted battery and then convert it back into another lithium salt, using high temperatures or strong reagents such as acids.
Por tanto, es necesario desarrollar nuevos métodos alternativos para la recuperación de de sales de litio procedente de los electrolitos de forma directa y evitando el uso de altas temperaturas y/o reactivos químicos fuertes. Therefore, it is necessary to develop new alternative methods for the recovery of lithium salts from electrolytes directly and avoiding the use of high temperatures and/or strong chemical reagents.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención proporciona un método para recuperar el litio procedente de la degradación de los electrolitos de baterías de ion litio agotadas, con las ventajas principales de que la recuperación de litio permite obtener sales de litio que pueden utilizarse posteriormente para cualquier uso, por ejemplo, para fabricar nuevos electrolitos o para integrarse en la fabricación de nuevas baterías. Según el método de la invención esto se consigue de forma sencilla, utilizando agua como único reactivo y una temperatura media en una de las etapas de la invención. The present invention provides a method for recovering lithium from the degradation of electrolytes in spent lithium-ion batteries. The main advantage of lithium recovery is that lithium salts can be obtained, which can be used subsequently for any purpose, for example, to manufacture new electrolytes or to be integrated into the manufacture of new batteries. According to the method of the invention, this is achieved simply, using water as the sole reagent and a medium temperature in one of the stages of the invention.
Para ello, se parte de la masa negra de dichas baterías de litio agotadas que comprende el electrolito líquido de litio de interés. To do this, we start from the black mass of these exhausted lithium batteries, which contains the liquid lithium electrolyte of interest.
Por "masa negra” se entiende en la presente invención el material pulverulento obtenido de la trituración mecánica de las celdas de las baterías, que comprenden el cátodo y el ánodo de la batería, celdas que previamente han sido separadas de los módulos de las baterías. Según el método de la presente invención, la masa negra de partida comprende al menos el electrolito líquido de litio a recuperar, si bien también pueden comprender sales de flúor. In the present invention, "black mass" refers to the powdery material obtained from the mechanical crushing of battery cells, which comprise the cathode and anode of the battery, cells that have previously been separated from the battery modules. According to the method of the present invention, the starting black mass comprises at least the liquid lithium electrolyte to be recovered, although it may also comprise fluorine salts.
La masa negra a utilizar como material de partida en el método de la presente invención puede ser una masa negra que no ha sufrido ningún proceso de pirólisis (tratamiento térmico) o una masa negra que ha sido pirolizada a baja temperatura. The black mass to be used as a starting material in the method of the present invention may be a black mass that has not undergone any pyrolysis process (heat treatment) or a black mass that has been pyrolyzed at low temperature.
Se entiende por "masa negra no pirolizada” aquella que no ha sido tratada por procesos que incluye cualquier proceso de pirólisis, ya que en este caso el pirólisis destruye el electrolito y lo transforma en otros compuestos. "Non-pyrolyzed black mass" is understood to mean that which has not been treated by processes that include any pyrolysis process, since in this case pyrolysis destroys the electrolyte and transforms it into other compounds.
Se define por "masa negra pirolizada a baja temperatura” según la invención aquella masa negra que ha sido sometida a pirólisis o a tratamiento/s térmico/s, siempre y cuando estos sean a una temperatura por debajo o igual 600 °C. Por tanto, la "masa negra pirolizada a alta temperatura”, sería aquella que ha sufrido al menos un proceso de pirólisis o tratamiento térmico a una temperatura superior a 600 °C. According to the invention, "low-temperature pyrolyzed black mass" is defined as that black mass that has been subjected to pyrolysis or heat treatment(s), provided that these are at a temperature below or equal to 600 °C. Therefore, "high-temperature pyrolyzed black mass" would be that which has undergone at least one pyrolysis or heat treatment process at a temperature above 600 °C.
Por "tratamiento térmico a media temperatura” se define cualquier tratamiento térmico realizado a una temperatura menor o igual 700 °C. Esto contrasta con otros tratamientos térmicos llevados a cabo a alta temperatura superior a 700 °C. "Medium-temperature heat treatment" refers to any heat treatment carried out at a temperature of 700 °C or less. This contrasts with other heat treatments carried out at high temperatures above 700 °C.
Un primer aspecto de la invención, por tanto, se refiere a un método de recuperación de litio en forma de LiF y Li3PO4, a partir de una masa negra no pirolizada o pirolizada a una temperatura por debajo o igual 600 °C, que comprende polvos de ánodo y cátodo de baterías de litio que comprende un electrolito de litio, donde el método comprende las etapas de: A first aspect of the invention, therefore, relates to a method for recovering lithium in the form of LiF and Li3PO4, from a non-pyrolyzed black mass or pyrolyzed at a temperature below or equal to 600 °C, comprising anode and cathode powders of lithium batteries comprising a lithium electrolyte, where the method comprises the steps of:
a) hidrolizar la masa negra con una fracción de polvo con tamaño de partícula menor o igual a 25 ^m, en agua a una concentración de entre 100 y 400 g/L, a una temperatura de entre 25°C y 1 °C, a) hydrolyze the black mass with a dust fraction with particle size less than or equal to 25 ^m, in water at a concentration between 100 and 400 g/L, at a temperature between 25°C and 1 °C,
b) filtrar la suspensión resultante de la etapa a), y b) filter the suspension resulting from step a), and
c) evaporar el líquido obtenido de la etapa b) a una temperatura de entre 40 y 70°C, durante al menos 1 hora por 10 litros de solución, en condiciones de vacío comprendidas entre 10 y 30 mbares de presión. c) evaporate the liquid obtained from step b) at a temperature between 40 and 70°C, for at least 1 hour per 10 liters of solution, under vacuum conditions between 10 and 30 mbar of pressure.
Este tamaño menor o igual a 25 micras se ha determinado mediante difracción láser y realizando una suspensión de la masa negra en alcohol. Otras técnicas alternativas para medir el tamaño de partícula podrían ser el análisis dinámico de imágenes (DIA), la dispersión de luz láser estática (SLS, también llamada difracción láser), la dispersión de luz dinámica (DLS) y el análisis de tamices. This particle size, less than or equal to 25 microns, has been determined using laser diffraction and a suspension of the black mass in alcohol. Other alternative techniques for measuring particle size include dynamic image analysis (DIA), static laser light scattering (SLS, also called laser diffraction), dynamic light scattering (DLS), and sieve analysis.
El hecho de utilizar como materia prima de partida a hidrolizar una masa negra con una fracción de polvo menor o igual a 25 micras presenta la ventaja de que el agua puede acceder más fácilmente a los restos del electrolito y favorecer su disolución. Using a black mass with a powder fraction of less than or equal to 25 microns as the starting raw material to be hydrolyzed has the advantage that water can more easily access the electrolyte residues and promote their dissolution.
En otra realización aún más preferida, donde la etapa a) de hidrólisis se realiza con una relación masa negra/agua de entre 100 y 200 g/L. Esto provee la ventaja de que la cantidad de líquido a evaporar es aún menor y el proceso será aún más rápido. In another even more preferred embodiment, hydrolysis step a) is carried out with a black mass/water ratio of between 100 and 200 g/L. This provides the advantage that the amount of liquid to be evaporated is even smaller and the process will be even faster.
Tras la etapa c) de evaporación, se consigue obtener un producto constituido sales de litio con impurezas, concretamente sales de LiF, U2CO3 y LiPF6, con impurezas de HF y compuestos orgánicos diversos (que son), sólido de apariencia marrón. En el caso de que al menos una sal de litio comprendida en la masa negra inicial fuera LiPF6, dicho compuesto se descompone en contacto con el aire dando lugar a impurezas de HF, POF3 y otros compuestos orgánicos, como alkilfluorfosfatos (OPF2OR o OPF(OR)2 siendo R= metil o etil). After evaporation step c), a product consisting of lithium salts with impurities is obtained, specifically LiF, U2CO3 and LiPF6 salts, with impurities of HF and various organic compounds (which they are), a brown solid. In the event that at least one lithium salt included in the initial black mass was LiPF6, said compound decomposes on contact with air, giving rise to impurities of HF, POF3 and other organic compounds, such as alkylfluorophosphates (OPF2OR or OPF(OR)2 where R = methyl or ethyl).
Opcionalmente, también se puede realizar una etapa d) de secado posterior a la etapa c) de evaporación, que comprende secar el sólido resultante de la etapa c) a una temperatura de entre 60 y 80 °C durante al menos 60 minutos. Optionally, a drying step d) can also be carried out after evaporation step c), which comprises drying the solid resulting from step c) at a temperature between 60 and 80 °C for at least 60 minutes.
Esta etapa d) permite extraer la humedad que aún queda en el producto obtenido tras la etapa de evaporación c), que comprende sales de litio, y con ello obtener un producto de mayor pureza. This stage d) allows to extract the moisture that still remains in the product obtained after the evaporation stage c), which includes lithium salts, and thus obtain a product of greater purity.
No obstante, con el fin de lograr una mayor eficiencia en la extracción del litio de la masa negra, así como lograr recuperar sales de litio de mayor pureza, adicionalmente a las etapas a-c) o a-d) anteriores, en una realización preferida el método de la invención comprende realizar adicionalmente las siguientes etapas e-h): However, in order to achieve greater efficiency in the extraction of lithium from the black mass, as well as to recover lithium salts of greater purity, in addition to the steps a-c) or a-d) above, in a preferred embodiment the method of the invention comprises additionally performing the following steps e-h):
e) tratar térmicamente el producto obtenido en la etapa c) a una temperatura comprendida entre 500°C y 750°C. e) heat treating the product obtained in step c) at a temperature between 500°C and 750°C.
f) hidrolizar el producto resultante de la etapa e) en agua a una concentración de 50 y 80 g/L a una temperatura de entre 25 °C y 1 °C, f) hydrolyze the product resulting from step e) in water at a concentration of 50 and 80 g/L at a temperature between 25 °C and 1 °C,
g) filtrar la suspensión resultante de la etapa f), y g) filter the suspension resulting from step f), and
h) evaporar el líquido obtenido en la etapa g), preferiblemente a una temperatura de entre 40 y 70°C, preferiblemente durante al menos 1 hora por 10 litros de solución, preferiblemente en condiciones de vacío comprendidas entre 10 y 30 mbares de presión. h) evaporating the liquid obtained in step g), preferably at a temperature between 40 and 70°C, preferably for at least 1 hour per 10 liters of solution, preferably under vacuum conditions between 10 and 30 mbar of pressure.
La etapa e) de tratamiento térmico, donde se realiza un calentamiento a media temperatura (500-750 °C) del producto obtenido en la etapa c) o en la etapa d), por una parte, permite quemar o carbonizar las impurezas orgánicas que pueda haber presentes en el producto resultante de la etapa c) o d); y por otra parte favorece en la siguiente etapa posterior e) de hidrólisis la re-extracción de las sales de litio. Este calentamiento a media temperatura de la etapa e) también favorece en la posterior etapa i) de tercera hidrólisis posterior, la separación selectiva de las sales LiF y U3PO4 resultantes de realizar la evaporación de la etapa h), favoreciendo así el rendimiento en la extracción del litio. Preferiblemente, el producto obtenido en la etapa c) o d) se coloca en un recipiente resistente a al menos dicha temperatura de tratamiento térmico de 500-750 °C (por ejemplo, un crisol). El tratamiento térmico se realiza preferentemente en un horno convencional, sin necesidad de utilizar atmósfera protectora. Stage e) of heat treatment, where the product obtained in stage c) or in stage d) is heated at medium temperature (500-750 °C), on the one hand, makes it possible to burn or carbonize any organic impurities that may be present in the product resulting from stage c) or d); and on the other hand, it favors the re-extraction of the lithium salts in the subsequent stage e) of hydrolysis. This medium temperature heating in stage e) also favors the selective separation of the LiF and U3PO4 salts resulting from the evaporation of stage h) in the subsequent stage i) of third subsequent hydrolysis, thus favoring the yield in the lithium extraction. Preferably, the product obtained in stage c) or d) is placed in a container resistant to at least said heat treatment temperature of 500-750 °C (for example, a crucible). The heat treatment is preferably carried out in a conventional furnace, without the need to use a protective atmosphere.
La etapa f) que es la segunda etapa de hidrólisis, se lleva a cabo preferiblemente en un reactor con agitación mecánica donde un motor proporciona una velocidad de giro del agitador de entre 500 y 600 rpm, con el fin de favorecer la disolución de los componentes del producto en agua. Stage f), which is the second stage of hydrolysis, is preferably carried out in a reactor with mechanical agitation where a motor provides a stirrer rotation speed of between 500 and 600 rpm, in order to promote the dissolution of the product components in water.
En una realización preferida, la relación producto/agua en la etapa f) de hidrólisis es entre 50 y 80 g/L. Este rango preferido de 50-80 g/L de producto (resultante de la etapa e) por litro de agua, provee la ventaja de que en el proceso posterior de evaporación la cantidad de agua a evaporar, y, además, la diferencia de solubilidades de las sales de litio es óptima. In a preferred embodiment, the product/water ratio in step f) of hydrolysis is between 50 and 80 g/L. This preferred range of 50-80 g/L of product (resulting from step e) per liter of water provides the advantage that in the subsequent evaporation process, the amount of water to be evaporated, and, in addition, the difference in solubilities of the lithium salts is optimal.
La etapa g) de filtración tiene como resultado por una parte la recuperación de la sal de litio menos soluble en agua en forma sólida (en este caso, U3PO4), y por otra parte la recuperación de la parte líquida donde se encuentra disuelta la sal de litio más soluble en agua (en este caso, LiF). Filtration stage g) results in the recovery of the less water-soluble lithium salt in solid form (in this case, U3PO4), and the recovery of the liquid part where the more water-soluble lithium salt is dissolved (in this case, LiF).
La etapa h) de evaporación tiene como resultado la recuperación de la sal LiF y de la sal Li3PO4, ambas en estado sólido. The evaporation stage h) results in the recovery of the LiF salt and the Li3PO4 salt, both in solid state.
No obstante, con el fin de lograr una separación de la sal de LiF y la sal de U3PO4 (tras la etapa h ambas sales se encuentran mezcladas en forma sólida), y así poder hacer uso de ellas de forma separada, otra realización preferida del método de la invención comprende realizar adicionalmente a realizar las anteriores etapas a-h), es decir tras realizar la etapa h) de evaporación, también realizar las siguientes etapas i-k): However, in order to achieve a separation of the LiF salt and the U3PO4 salt (after step h both salts are mixed in solid form), and thus be able to use them separately, another preferred embodiment of the method of the invention comprises carrying out, in addition to carrying out the previous steps a-h), that is, after carrying out the evaporation step h), also carrying out the following steps i-k):
i) hidrolizar el producto obtenido tras la etapa h) en agua a una concentración de 5 y 15 g/L, a una temperatura de entre 25 y 1°C, i) hydrolyze the product obtained after step h) in water at a concentration of 5 and 15 g/L, at a temperature between 25 and 1°C,
j) filtrar la suspensión resultante de la etapa i), y j) filter the suspension resulting from step i), and
k) evaporar el líquido obtenido en la etapa j) a una temperatura de entre 40 y 70°C, durante al menos 1 hora por 10 litros de solución, en condiciones de vacío comprendidas entre 10 y 30 mbares de presión. k) evaporate the liquid obtained in step j) at a temperature between 40 and 70°C, for at least 1 hour per 10 liters of solution, under vacuum conditions between 10 and 30 mbar of pressure.
Opcionalmente, también se puede realizar una etapa final de secado l) tras la etapa k) de evaporación, etapa de secado l) que comprende secar el sólido resultante de la etapa k) a una temperatura de entre 60 y 80 °C durante al menos 60 minutos. Optionally, a final drying step l) can also be carried out after evaporation step k), drying step l) comprising drying the solid resulting from step k) at a temperature of between 60 and 80 °C for at least 60 minutes.
En una realización preferida, las etapas d) y l) de secado, proveen la ventaja que se consigue un secado óptimo (con humedad menor al 10%) en un tiempo rápido menor a 60 minutos. In a preferred embodiment, drying steps d) and l) provide the advantage that optimal drying is achieved (with humidity less than 10%) in a rapid time of less than 60 minutes.
La etapa i) es una tercera etapa de hidrólisis, en la que el producto de la etapa h de evaporación (sales de LiF y sales de U<3>PO<4>) se disuelven en agua a baja temperatura (inferior a 25°C pero superior a 0°C y con ello con el agua aún en estado líquido). Esta baja temperatura favorece una mayor diferencia en solubilidad entre la sal LiF (más soluble en agua) y la sal U<3>PO<4>(más insoluble en agua), consiguiendo así que se disuelva la mayor parte de la sal de LiF sin que se disuelva la mayor parte de la sal de U<3>PO<4>. Preferiblemente, esta tercera etapa de hidrólisis se lleva a cabo en agitación lo cual favorece la disolución de la sal más soluble en agua (LiF). Esto permite separar la mezcla sólida de ambas sales obtenidas tras la etapa h), en una parte sólida que estará mayoritariamente compuesta por U<3>PO<4>, y una disolución de agua que comprenderá mayormente en disolución la sal de LiF disuelta. Stage i) is a third hydrolysis stage, in which the product of stage h of evaporation (LiF salts and U<3>PO<4> salts) are dissolved in water at low temperature (below 25°C but above 0°C and therefore with the water still in a liquid state). This low temperature favors a greater difference in solubility between the LiF salt (more soluble in water) and the U<3>PO<4> salt (more insoluble in water), thus achieving the dissolution of most of the LiF salt without dissolving most of the U<3>PO<4> salt. Preferably, this third hydrolysis stage is carried out with stirring, which favors the dissolution of the most water-soluble salt (LiF). This allows the solid mixture of both salts obtained after step h) to be separated into a solid part that will be mainly composed of U<3>PO<4>, and a water solution that will mainly comprise the dissolved LiF salt in solution.
En una realización preferida, la hidrólisis de la etapa i) se realiza a una temperatura de entre 10°C y 1°C, más preferiblemente a una temperatura de entre 5-1°C, y aún más preferiblemente a 2-1°C. Esto tiene el efecto de una mayor disolución de la sal más soluble (LiF) y una menor disolución de la sal menos soluble (U<3>PO<4>), lo cual optimiza la disolución de una mayor parte del LiF, y el que una mayor parte del U<3>PO<4>quede en forma sólida, lo cual provee mayor eficiencia al proceso de separación de las sales LiF y U3PO4 tras la realización de la etapa k) de evaporación. De hecho, el efecto de la diferencia de la solubilidad entre ambas sales es aún más notable a menores temperaturas, de ahí que temperaturas cercanas a la congelación del agua (2-1 °C) sean las más preferidas. In a preferred embodiment, the hydrolysis of step i) is carried out at a temperature between 10°C and 1°C, more preferably at a temperature between 5-1°C, and even more preferably at 2-1°C. This has the effect of greater dissolution of the more soluble salt (LiF) and less dissolution of the less soluble salt (U<3>PO<4>), which optimizes the dissolution of a greater part of the LiF, and that a greater part of the U<3>PO<4> remains in solid form, which provides greater efficiency to the separation process of the LiF and U3PO4 salts after performing evaporation step k). In fact, the effect of the difference in solubility between both salts is even more noticeable at lower temperatures, hence temperatures close to the freezing of water (2-1 °C) are the most preferred.
La etapa j) es una tercera etapa de filtrado, en la que la disolución de la etapa i) que comprende un líquido (disolución de agua rica en LiF) y un sólido (mayoritariamente U3PO4, se separa mediante filtrado en una disolución de LiF y una sal sólida de U3PO4, siendo esta etapa clave en la separación de ambas sales. Stage j) is a third filtration stage, in which the solution from stage i) comprising a liquid (LiF-rich water solution) and a solid (mostly U3PO4) is separated by filtration into a LiF solution and a solid U3PO4 salt, this stage being key in the separation of both salts.
La etapa k) es una tercera etapa de evaporación del líquido obtenido en la etapa j). El resultado de esta etapa es la evaporación de la disolución que comprende disuelta la sal de LiF obteniéndose así la sal sólida de LiF. La sal sólida de U3PO4. ya se había separado en la etapa anterior j) de filtración como la fracción sólida del filtrado. Por tanto, tras la etapa k) se obtienen 2 fracciones sólidas, una siendo la sal sólida de LiF, y la otra siendo la sal sólida de Li3PO4. Stage k) is a third stage of evaporation of the liquid obtained in stage j). The result of this stage is the evaporation of the solution containing the dissolved LiF salt, thus obtaining the solid LiF salt. The solid U3PO4 salt had already been separated in the previous stage j) of filtration as the solid fraction of the filtrate. Therefore, after stage k) 2 solid fractions are obtained, one being the solid LiF salt, and the other being the solid Li3PO4 salt.
La etapa l) de secado permite extraer la humedad que aún queda las sales de LiF y U3PO4 obtenidas tras la etapa de evaporación de la etapa k), y con ello obtener las sales con mayor pureza. The drying stage l) allows the extraction of the remaining moisture from the LiF and U3PO4 salts obtained after the evaporation stage of stage k), and thus obtain the salts with greater purity.
Dado que tras la etapa k) de evaporación (o tras la etapa l) de secado), ambas sales LiF y U3PO4 están separadas, esto permite utilizar cada sal para un uso diferente. Estas sales de hecho pueden ser usadas de nuevo directamente en la fabricación de electrolitos para nuevas baterías. Por ejemplo, las sales de LiF se pueden utilizar para formar un nuevo electrolito para baterías de ión-itio, mientras que la sal U3PO4 se puede utilizar para fabricar un nuevo electrolito para baterías de ión-fosfato. Preferiblemente, el posible nuevo electrolito a fabricar comprende solo 1 de las sales (es decir sin mezclar ambas sales para formar un mismo electrolito). Estas sales de LiF y U3PO4 obtenidas según el método, también pueden utilizarse para la fabricación de sales de LiPF6, evitando o minimizando así el consumo de materias primas vírgenes (tales como fósforo (P) y flúor (F). Nótese que el LiPF6 es una sal especialmente preferida para la fabricación de electrolitos de litio, entre otros motivos por su menor precio y mejor funcionamiento como electrolito. Since after evaporation step k) (or after drying step l) both LiF and U3PO4 salts are separated, this allows each salt to be used for a different purpose. These salts can in fact be reused directly in the manufacture of electrolytes for new batteries. For example, LiF salts can be used to form a new electrolyte for lithium-ion batteries, while the U3PO4 salt can be used to manufacture a new electrolyte for phosphate-ion batteries. Preferably, the potential new electrolyte to be manufactured comprises only one of the salts (i.e., without mixing both salts to form a single electrolyte). These LiF and U3PO4 salts obtained according to the method can also be used for the manufacture of LiPF6 salts, thus avoiding or minimizing the consumption of virgin raw materials (such as phosphorus (P) and fluorine (F). Note that LiPF6 is a particularly preferred salt for the manufacture of lithium electrolytes, among other reasons due to its lower price and better performance as an electrolyte.
Tras la tercera etapa k) de evaporación (y la posterior etapa opcional l) de secado) de dichas sales, se consigue obtener sales de litio LiF y LÍ3PO4 de forma separada y además de mayor pureza, con un mayor rendimiento (comparado con el método cuya última etapa era la evaporación de la etapa c) o el secado de la etapa d). After the third stage k) of evaporation (and the subsequent optional stage l) of drying) of said salts, it is possible to obtain lithium salts LiF and LÍ3PO4 separately and, in addition, of greater purity, with a higher yield (compared to the method whose last stage was the evaporation of stage c) or the drying of stage d).
En otra realización preferida de la invención, al menos una de las etapas a) o f) o i) de hidrólisis se lleva a cabo preferiblemente en un reactor con agitación mecánica, aún más preferiblemente con agitación mecánica entre 500 y 600 rpm, con el fin de favorecer la disolución de componentes. In another preferred embodiment of the invention, at least one of the hydrolysis steps a) or f) or i) is preferably carried out in a reactor with mechanical stirring, even more preferably with mechanical stirring between 500 and 600 rpm, in order to promote the dissolution of components.
En otra realización preferida, al menos una de las etapas b) o g) o j) de filtrado preferiblemente se realiza/n mediante un filtro convencional, ya sea un filtro tipo prensa, un filtro de presión, un filtro a vacío o cualquier otro sistema de filtración. In another preferred embodiment, at least one of the filtering steps b) or g) or j) is preferably carried out by means of a conventional filter, whether a press type filter, a pressure filter, a vacuum filter or any other filtration system.
En otra realización preferida, al menos una de las etapas de evaporación c) o h) o k) se realiza/n a una temperatura de entre 40 °C y 70 °C, más preferiblemente a una temperatura de entre 50 °C y 60 °C, y aún más preferiblemente a una temperatura de 55 °C. El uso de una temperatura entre 40 y 70 °C durante la evaporación presenta la ventaja de que la velocidad de evaporación es más alta y en consecuencia el tiempo de evaporación es menor mientras que el uso de una temperatura entre 50-60 °C, preferiblemente de 55°C, presenta la ventaja de que el material obtenido presenta un mayor grado de cristalinidad. In another preferred embodiment, at least one of the evaporation steps c) or h) or k) is/are carried out at a temperature of between 40°C and 70°C, more preferably at a temperature of between 50°C and 60°C, and even more preferably at a temperature of 55°C. The use of a temperature between 40 and 70°C during evaporation has the advantage that the evaporation rate is higher and consequently the evaporation time is shorter while the use of a temperature between 50-60°C, preferably 55°C, has the advantage that the material obtained has a higher degree of crystallinity.
Al menos una de las etapas c) o h) o k) de evaporación, preferiblemente se puede/n llevar a cabo en sistemas de evaporación y cristalización convencionales o bien en rotavapores, consiguiendo así la cristalización evaporativa del sólido disuelto. At least one of the evaporation steps c) or h) or k) can preferably be carried out in conventional evaporation and crystallization systems or in rotary evaporators, thus achieving evaporative crystallization of the dissolved solid.
En otra realización preferida del método de la presente invención, al menos una de las etapas c) o h) o k) de evaporación, se realiza/n en condiciones de vacío de entre 10 y 30 mbares de presión. El uso de vacío permite realizar la evaporación a temperaturas menores y/o en tiempos más rápidas, permitiendo obtener el sólido correspondiente de cada etapa de evaporación c) y/o h) y/. In another preferred embodiment of the method of the present invention, at least one of the evaporation steps c) or h) or k) is/are carried out under vacuum conditions of between 10 and 30 mbar of pressure. The use of vacuum allows evaporation to be carried out at lower temperatures and/or in faster times, allowing the corresponding solid to be obtained from each evaporation step c) and/or h) and/.
Cómo se ha comentado, el método de la invención puede utilizar como material de partida cualquier masa negra procedente de baterías de ion litio que comprenda un electrolito de una sal de litio, excepto aquellas en las que dicho electrolito de sal de litio haya sido expuesto a una etapa de pirólisis a alta temperatura, ya que el pirólisis a alta temperatura (por encima de 600°C) destruye el electrolito. Lo que sí que podría hacerse uso es de una masa negra que resulte de la mezcla de masa negra pirolizada y otra masa negra no pirolizada a alta temperatura (por encima de 600 °C), recuperándose en este último caso tan sólo el electrolito no pirolizado a alta temperatura. As has been mentioned, the method of the invention can use as a starting material any black mass from lithium ion batteries comprising an electrolyte of a lithium salt, except those in which said lithium salt electrolyte has been exposed to a high temperature pyrolysis stage, since high temperature pyrolysis (above 600°C) destroys the electrolyte. What could be used is a black mass resulting from the mixture of pyrolyzed black mass and another black mass not pyrolyzed at high temperature (above 600°C), in the latter case recovering only the electrolyte not pyrolyzed at high temperature.
En el método de la presente invención la masa negra se somete a una etapa a) de hidrólisis. Se ha observado que realizar la primera hidrólisis previa de la etapa a) del método de la invención, realizada antes de cualquier etapa posterior para la recuperación del litio según el método de la invención, en cualquier tipo de masa negra, reduce o evita la presencia de impurezas de fluoruro de litio (LiF) en dicha masa negra, ya que la hidrólisis disuelve en el agua al menos parte de dichas sales de LiF, siendo esta una de las sales de litio a recuperar. In the method of the present invention, the black mass is subjected to a hydrolysis step a). It has been observed that carrying out the first prior hydrolysis of step a) of the method of the invention, carried out before any subsequent step for the recovery of lithium according to the method of the invention, on any type of black mass, reduces or avoids the presence of lithium fluoride (LiF) impurities in said black mass, since the hydrolysis dissolves at least part of said LiF salts in water, this being one of the lithium salts to be recovered.
Con dicha primera hidrólisis se consiguen 2 objetivos: por una parte se eliminan impurezas de flúor (e.g. sales de LiF) de la masa negra, tanto aquellas impurezas de flúor inicialmente presentes en los componentes iniciales de la masa negra, como aquellos compuestos de flúor que son compuestos de degradación del electrolito usado de la masa negra, lo cual ayuda en que si dicha masa negra quiere utilizarse para otro proceso, por ejemplo para la extracción de otros metales de dicha masa negra (por ejemplo de los electrodos usados Co, Mn, Ni, Fe), dicho proceso de extracción sea más sencillo y permita obtener dichos metales con mayor eficiencia y pureza, dado que se han eliminado previamente las impurezas de flúor que dificultan dicho proceso de extracción de estos metales de la masa negra. With this first hydrolysis, two objectives are achieved: on the one hand, fluorine impurities (e.g. LiF salts) are eliminated from the black mass, both those fluorine impurities initially present in the initial components of the black mass, as well as those fluorine compounds that are degradation compounds of the used electrolyte of the black mass, which helps that if said black mass wants to be used for another process, for example for the extraction of other metals from said black mass (for example from the used electrodes Co, Mn, Ni, Fe), said extraction process is simpler and allows to obtain said metals with greater efficiency and purity, given that the fluorine impurities that hinder said extraction process of these metals from the black mass have been previously eliminated.
Por otra parte, al ser la sal de LiF soluble en agua, durante la hidrólisis la mayor parte de esta se disuelve en el agua, lo cual permite precipitar dicha sal de LiF de forma sólida tras la etapa de evaporación correspondiente según el método de la invención. Furthermore, since the LiF salt is soluble in water, during hydrolysis most of it dissolves in water, which allows said LiF salt to be precipitated in solid form after the corresponding evaporation step according to the method of the invention.
Esto representa una mejora considerable respecto a otras tecnologías que no realizan una etapa de hidrólisis previa para extraer los metales de la masa negra usada, o para extraer el LiF del electrolito usado. This represents a significant improvement over other technologies that do not perform a prior hydrolysis step to extract metals from the spent black mass, or to extract LiF from the spent electrolyte.
Otra ventaja del método de la presente invención que utiliza etapa/s de hidrólisis, es que consigue separar y recuperar el LiF, o bien junto a otras impurezas tras la primera evaporación c), o bien junto a la sal U3PO4 tras la segunda evaporación h), o bien como una fracción separada y pura de LiF tras la tercera evaporación k). Especialmente ventajosa es la realización del método cuya etapa final es la tercera evaporación k) que resulta en la fracción separada de LiF, ya que se evitan posibles etapas posteriores de purificación, sobretodo teniendo en cuenta que en otras vías o procedimientos convencionales la sal de LiF se obtiene mezclada junto con otras sales de litio tales como por ejemplo U2CO3 o Li(OH), lo cual es un inconveniente. En resumen, la adición de una etapa inicial de hidrólisis evita la necesidad de etapas extras para eliminar dicho LiF que constituye impurezas en las sales de litio a recuperar. Another advantage of the method of the present invention that uses hydrolysis step/s is that it manages to separate and recover the LiF, either together with other impurities after the first evaporation c), or together with the U3PO4 salt after the second evaporation h), or as a separate and pure fraction of LiF after the third evaporation k). Especially advantageous is the execution of the method whose final step is the third evaporation k) that results in the separated fraction of LiF, since possible subsequent purification steps are avoided, especially taking into account that in other conventional routes or procedures the LiF salt is obtained mixed together with other lithium salts such as for example U2CO3 or Li(OH), which is a disadvantage. In summary, the addition of an initial hydrolysis step avoids the need for extra steps to eliminate said LiF that constitutes impurities in the lithium salts to be recovered.
La principal ventaja de este método es que permite la recuperación de litio del electrolito de la masa negra de las baterías agotadas, y su reutilización para la fabricación de nuevos electrolitos, todo ello de forma sencilla. Otra ventaja considerable como pueden observar según las etapas a-c) o a-d) o a-h) o a-k) o a-l) del método, es que no se requiere de altas temperaturas (por encima de 750°C) ni de reactivos químicos fuertes o agresivos, sino solamente de agua que, además, es recuperada en los procesos de evaporación y puede ser nuevamente utilizada, de manera cíclica. The main advantage of this method is that it allows for the simple recovery of lithium from the black mass of spent batteries and its reuse in the manufacture of new electrolytes. Another significant advantage, as can be seen in steps a-c) or a-d) or a-h) or a-k) or a-l) of the method, is that it does not require high temperatures (over 750°C) or strong or aggressive chemical reagents. It only requires water, which is recovered during the evaporation process and can be reused cyclically.
En otra realización preferida del método de la presente invención, las baterías de litio de las que se obtiene la masa negra son baterías procedentes de vehículos eléctricos. Se ha observado que, en las baterías de litio procedentes de vehículos eléctricos, el electrolito de litio se encuentra presente en una mayor cantidad, lo cual conlleva que cuando se usa masa negra procedente de baterías de litio de vehículos eléctricos como materia prima, el método de recuperación de litio del electrolito según la invención sea más eficiente ya que las cantidades de sales finales serán mayores. In another preferred embodiment of the method of the present invention, the lithium batteries from which the black matter is obtained are batteries from electric vehicles. It has been observed that, in lithium batteries from electric vehicles, the lithium electrolyte is present in greater quantities, which means that when black matter from lithium batteries from electric vehicles is used as raw material, the method of recovering lithium from the electrolyte according to the invention is more efficient since the quantities of final salts will be greater.
En resumen, la presente invención provee un método sencillo de recuperación directa de sales de litio de los electrolitos de baterías de litio, que no requiere de etapas de purificación ni de etapas adicionales de reprocesado de las sales de litio a recuperar. Además, se recupera el LiF procedente del electrolito y se evitan de esta manera ciertos problemas como la presencia de impurezas de fluor en la masa negra, así como el uso de temperaturas muy elevadas o reactivos químicos fuertes. In summary, the present invention provides a simple method for the direct recovery of lithium salts from lithium battery electrolytes, which does not require purification steps or additional reprocessing steps for the lithium salts to be recovered. Furthermore, LiF is recovered from the electrolyte, thereby avoiding certain problems such as the presence of fluorine impurities in the black mass, as well as the use of very high temperatures or strong chemical reagents.
Otro aspecto de la invención también comprende un método de fabricación de un electrolito de litio a partir de la sal de LiF o de U3PO4 obtenidas tras la etapa k) de evaporación o la etapa l) de secado, donde el método comprende mezclar la sal de LiF o U3PO4 con uno o más carbonatos orgánicos seleccionados del grupo que comprende carbonato de etileno (ec), el carbonato de dietilo (dec), el carbonato de dimetilo (dmc), el carbonato de etilmetilo (emc), el carbonato de propileno (pc), el carbonato de metilpropilo (mpc), etc. Another aspect of the invention also comprises a method for manufacturing a lithium electrolyte from the LiF or U3PO4 salt obtained after evaporation step k) or drying step l), where the method comprises mixing the LiF or U3PO4 salt with one or more organic carbonates selected from the group comprising ethylene carbonate (ec), diethyl carbonate (dec), dimethyl carbonate (dmc), ethylmethyl carbonate (emc), propylene carbonate (pc), methylpropyl carbonate (mpc), etc.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y figuras se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Throughout the description and claims, the word "comprise" and its variants are not intended to exclude other technical features, additives, components, or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages, and features of the invention will be apparent partly from the description and partly from the practice of the invention. The following examples and figures are provided for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Figura 1.-Esquema de las etapas que comprende una realización del método de la invención. Figure 1.- Diagram of the steps comprising an embodiment of the method of the invention.
Figura 2.-Diagramas de difracción de rayos X de la masa Negra BM-1 (arriba) y BM-2 (abajo). Figure 2.- X-ray diffraction diagrams of the Black Mass BM-1 (top) and BM-2 (bottom).
Figura 3.Aspecto del líquido L1 obtenido después de la etapa de hidrólisis. Figure 3. Appearance of the liquid L1 obtained after the hydrolysis stage.
Figura 4.Espectros 31P-NMR (a) y 19F-NMR (b) del líquido L1 disuelto en DMSO. Figure 4. 31P-NMR (a) and 19F-NMR (b) spectra of liquid L1 dissolved in DMSO.
Figura 5.(a) Sólido obtenido después de la hidrólisis y evaporación (S2) y b) imagen obtenida mediante microscopía electrónica de barrido del sólido S2, a 1500 magnificaciones. Figure 5.(a) Solid obtained after hydrolysis and evaporation (S2) and b) image obtained by scanning electron microscopy of solid S2, at 1500 magnifications.
Figura 6.Espectros 31P-NMR (a) y 19F-NMR (b) del sólido S2 disuelto en DMSO. figura insertada en b): aspecto de la suspensión de S2 en DMSO Figure 6. 31P-NMR (a) and 19F-NMR (b) spectra of solid S2 dissolved in DMSO. (inset figure in b): appearance of the S2 suspension in DMSO.
Figura 7.Espectros de espectroscopia infrarroja de S2 obtenidos a partir de las masas negras BM-1 and BM-2. Figure 7. Infrared spectroscopy spectra of S2 obtained from the black masses BM-1 and BM-2.
Figura 8.Diagrama de difracción de rayos X del solido S2 obtenido a partir de BM1. Figure 8. X-ray diffraction diagram of solid S2 obtained from BM1.
Figura 9.Curvas DTA/TGA obtenidas a partir del sólido S2. Figure 9. DTA/TGA curves obtained from solid S2.
Figura 10.Aspecto macroscópico del producto obtenido después del calentamiento de S2 a 700 °C durante 2 horas. Figure 10. Macroscopic appearance of the product obtained after heating S2 at 700 °C for 2 hours.
Figura 11.Diagramas de difracción de rayos X e imagen obtenida mediante microscopía electrónica de barrido para el sólido obtenido de U3PO4 (a) y para el sólido obtenido de LiF (b). Figure 11. X-ray diffraction diagrams and image obtained by scanning electron microscopy for the solid obtained from U3PO4 (a) and for the solid obtained from LiF (b).
EJEMPLOSEXAMPLES
A continuación, se ilustrará la invención mediante unos ensayos realizados por los inventores, que pone de manifiesto la efectividad del método de recuperación de sales de litio de la invención. The invention will now be illustrated by tests carried out by the inventors, which demonstrate the effectiveness of the lithium salt recovery method of the invention.
Como materiales de partida se utilizaron dos masas negras diferentes procedentes de baterías tipo NMC agotadas obtenidas de vehículos eléctricos y/o híbridos (denominadas BM-1, y BM-2). Se obtuvieron en etapas sucesivas de descarga, trituración primaria, etapas de separación magnética y por corrientes de Foucault, y trituración secundaria de celdas de baterías del tipo indicado. En este proceso se obtiene una masa negra formada por la mezcla de ánodo, cátodo y electrolito junto con cantidades variables de aluminio y cobre. Two different black masses from spent NMC batteries obtained from electric and/or hybrid vehicles (called BM-1 and BM-2) were used as starting materials. They were obtained through successive stages of discharge, primary crushing, magnetic and eddy current separation, and secondary crushing of battery cells of the indicated type. This process produces a black mass formed by the mixture of anode, cathode, and electrolyte, along with varying amounts of aluminum and copper.
En la Fig. 1 se muestra un esquema del procedimiento experimental seguido según una forma de realización del método de la presente invención Ambas masas negras de partida BM-1 y BM-2 fueron tratadas con agua en una proporción de 200 g/L. Este paso permitirá la solubilización del electrolito presente en las masas negras. A diagram of the experimental procedure followed according to an embodiment of the method of the present invention is shown in Fig. 1. Both starting black masses BM-1 and BM-2 were treated with water at a rate of 200 g/L. This step will allow the solubilization of the electrolyte present in the black masses.
Después de mezclar durante 1 h a temperatura ambiente a 500 rpm con agitación mecánica, las suspensiones se filtraron a través de un filtro Millipore Holder a una presión de 7 bares. El líquido de filtración (L1) se evaporó en un evaporador rotativo Bucchi mod. R-100 a 12 mbar de presión. El sólido obtenido (S2) se secó en estufa a 100 °C durante 1h. After mixing for 1 h at room temperature at 500 rpm with mechanical stirring, the suspensions were filtered through a Millipore Holder filter at a pressure of 7 bar. The filtrate (L1) was evaporated in a Bucchi rotary evaporator, mod. R-100, at 12 mbar pressure. The solid obtained (S2) was dried in an oven at 100 °C for 1 h.
Tras el secado, el sólido se trató a 700 °C durante 3h en un horno de mufla Thermolab utilizando crisoles de alúmina. After drying, the solid was treated at 700 °C for 3 h in a Thermolab muffle furnace using alumina crucibles.
El sólido resultante (LiF U3PO4) se caracterizó mediante diversas técnicas. La mezcla de LiF y U3PO4 se disolvió en agua (relación S/L= 3,3 g/L) aprovechando la diferencia en las solubilidades en agua de cada uno de estos compuestos. La suspensión acuosa se filtró obteniéndose un sólido insoluble en agua que se caracterizó por DRX (X-Ray Diffraction) y SEM (Scanning Electron Microscopy); y una solución acuosa que se evaporó para dar lugar a un sólido blanco que se estudió por DRX y SEM. El líquido L2 se considera un licor residual del proceso. The resulting solid (LiF U3PO4) was characterized using various techniques. The mixture of LiF and U3PO4 was dissolved in water (S/L ratio = 3.3 g/L) taking advantage of the difference in the water solubilities of each of these compounds. The aqueous suspension was filtered, obtaining a water-insoluble solid that was characterized by X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM); and an aqueous solution that was evaporated to give a white solid that was studied by X-Ray Diffraction (XRD) and SEM. The liquid L2 is considered a residual liquor of the process.
El sólido resultante de la filtración (S1) se utiliza para llevar a cabo etapas posteriores de recuperación de metales, entre ellos, el litio asociado al cátodo y el resto de los metales. Estas etapas no forman parte de esta invención. The solid resulting from filtration (S1) is used to carry out subsequent metal recovery steps, including the lithium associated with the cathode and the remaining metals. These steps are not part of this invention.
Caracterización de la masa negra inicialCharacterization of the initial black mass
En primer lugar, cada masa negra se disolvió en una solución de agua regia (HNO3/HCl = 1:3, v/v) para determinar el contenido de metales principales. El contenido de metales en las soluciones correspondientes se midió mediante Absorción Atómica, y los valores porcentuales en peso calculados se resumen en la Tabla 1. First, each black mass was dissolved in an aqua regia solution (HNO3/HCl = 1:3, v/v) to determine the major metal content. The metal contents in the corresponding solutions were measured by atomic absorption, and the calculated weight percentage values are summarized in Table 1.
Además, el contenido de carbono se determinó mediante combustión en un horno de inducción y detección por infrarrojos, y los resultados obtenidos también se exponen en la Tabla 1. In addition, the carbon content was determined by combustion in an induction furnace and infrared detection, and the results obtained are also shown in Table 1.
Los principales metales encontrados pueden asociarse a los componentes principales de las pilas (es decir, óxidos metálicos de litio del material catódico y grafito de carbono del material anódico). Los otros metales detectados aluminio, hierro y cobre pueden atribuirse de la siguiente forma: el aluminio al colector de corriente catódica; el hierro a la carcasa, y el cobre al colector de corriente anódica. Otros elementos podrían estar presentes en ambas masas negras. Sin embargo, su composición es inferior al 0,1 % en peso. The main metals found can be associated with the main components of the batteries (i.e., lithium metal oxides in the cathode material and carbon graphite in the anode material). The other metals detected—aluminum, iron, and copper—can be attributed as follows: aluminum to the cathode current collector; iron to the casing; and copper to the anode current collector. Other elements could be present in both black masses. However, their composition is less than 0.1% by weight.
Tabla 1.Composición química de las masas negras estudiadas Table 1. Chemical composition of the black masses studied
Los diagramas de difracción de rayos X de las masas negras de partida BM-1 y BM-2 se muestran en la Fig. 2. En ambos casos, los máximos de difracción pueden atribuirse a las fases de óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso [01-070-4315] (LiNixMnyCo1-x-yO2) y de grafito [03-065-6212]. Además, en el caso de la masa negra BM-1, se detectó un máximo de reflexión correspondiente a la fase de cobre [01-089-2838]. No se detectaron otras especies dentro de la sensibilidad de las mediciones de difracción de rayos X. The X-ray diffraction patterns of the starting black masses BM-1 and BM-2 are shown in Fig. 2. In both cases, the diffraction maxima can be attributed to the lithium nickel cobalt manganese oxide phases [01-070-4315] (LiNixMnyCo1-x-yO2) and graphite [03-065-6212]. Furthermore, in the case of the black mass BM-1, a reflection maximum corresponding to the copper phase [01-089-2838] was detected. No other species were detected within the sensitivity of the X-ray diffraction measurements.
Recuperación del litio a partir de la descomposición del electrolitoRecovery of lithium from electrolyte decomposition
Las masas negras de partida se trataron en contacto con agua para eliminar la posible presencia de compuestos de litio en el electrolito. Como se ha mencionado anteriormente, el LiPF6 se utiliza habitualmente en las soluciones electrolíticas de baterías de ión litio. Sin embargo, la hidrólisis del LiPF6 se produce a temperatura ambiente, aunque una conversión completa necesita de días a semanas (Plakhotnyk et al., 2005). The starting black masses were treated in contact with water to eliminate any possible lithium compounds in the electrolyte. As mentioned above, LiPF6 is commonly used in lithium-ion battery electrolyte solutions. However, LiPF6 hydrolysis occurs at room temperature, although complete conversion requires days to weeks (Plakhotnyk et al., 2005).
Tras el proceso de hidrólisis con agua de la masa negra y posterior filtración, se obtiene un líquido marrón claro (L1) (Fig. 3). Este líquido es idéntico en ambas masas negras. Una muestra representativa de L1 de BM1 fue estudiada por resonancia magnética nuclear (RMN) para la identificación de las especies (fluoruros y fósforo) presentes en las soluciones obtenidas. After hydrolysis of the black mass with water and subsequent filtration, a light brown liquid (L1) is obtained (Fig. 3). This liquid is identical in both black masses. A representative sample of L1 from BM1 was studied by nuclear magnetic resonance (NMR) to identify the species (fluorides and phosphorus) present in the solutions obtained.
La Fig. 4. muestra los espectros de RMN existentes en L1. Los espectros registrados para las diferentes muestras (BM1 y BM2) son muy similares. Los espectros de 19F presentan los típicos dobletes con desplazamientos químicos, 5<f>= -70,14 ppm [J(P, F) = 711,3 Hz] que se asigna a PF6-. En el caso de los espectros de 31P, contiene un septeto con 5p = -143,1 ppm [J(P,F) = 711,9 Hz] también perteneciente a PF6-(Parimalam et al., 2017; Plakhotnyk et al., 2005; Xu et al., 2023). Fig. 4 shows the NMR spectra of L1. The spectra recorded for the different samples (BM1 and BM2) are very similar. The 19F spectra present the typical doublets with chemical shifts, 5<f>= -70.14 ppm [J(P, F) = 711.3 Hz] which is assigned to PF6-. In the case of the 31P spectra, it contains a septet with 5p = -143.1 ppm [J(P, F) = 711.9 Hz] also belonging to PF6- (Parimalam et al., 2017; Plakhotnyk et al., 2005; Xu et al., 2023).
La Fig. 5a muestra un aspecto macroscópico del sólido S2 obtenido tras la hidrólisis de la masa negra y su posterior evaporación. La Fig. 5b muestra un aspecto de las partículas observadas mediante espectroscopía electrónica de barrido a 1500x aumentos, sin morfología definida, con tamaños comprendidos entre 10-20 ^m. Fig. 5a shows a macroscopic view of solid S2 obtained after hydrolysis of the black mass and its subsequent evaporation. Fig. 5b shows an appearance of the particles observed by scanning electron spectroscopy at 1500x magnification, with no defined morphology, and sizes ranging from 10-20 ^m.
Para verificar la presencia de LiPF6 en el sólido S2, se preparó una suspensión de S2 en DMSO (20 mg. S2/mL DMSO). Se observó que sólo una parte del sólido se disolvía en DMSO. El líquido que contenía la parte soluble se analizó por RMN. La Fig. 6. muestra los espectros de RMN de la parte soluble en DMSO de S2. Se observa que los espectros son idénticos a los obtenidos para L1, lo que indica que LiFP6 forma parte de la composición de S2, aunque existen otros compuestos no solubles en DMSO que probablemente correspondan a compuestos orgánicos como disolventes a base de carbonatos (Han et al., 2019), sales de litio a base de imidas (Kim et al., 2020), sales orgánicas de litio (Feng et al., 2020) y compuestos cíclicos de azufre (Aurbach y Chusid, 2009). To verify the presence of LiPF6 in solid S2, a suspension of S2 in DMSO was prepared (20 mg S2/mL DMSO). It was observed that only a portion of the solid dissolved in DMSO. The liquid containing the soluble portion was analyzed by NMR. Fig. 6 shows the NMR spectra of the DMSO-soluble portion of S2. It is observed that the spectra are identical to those obtained for L1, indicating that LiPF6 is part of the composition of S2, although there are other non-soluble compounds in DMSO that probably correspond to organic compounds such as carbonate-based solvents (Han et al., 2019), imide-based lithium salts (Kim et al., 2020), organic lithium salts (Feng et al., 2020), and cyclic sulfur compounds (Aurbach and Chusid, 2009).
Los sólidos S2 se sometieron a un proceso de digestión para determinar la composición de cada elemento presente en ellos. La tabla 2 muestra los porcentajes en peso calculados a partir de las mediciones de absorción atómica. Cabe señalar que el porcentaje en peso es inferior al 100 %. Esto podría indicar la presencia de compuestos orgánicos en el sólido, como los disolventes orgánicos utilizados habitualmente en los electrolitos de las baterías de litio (Moller et al., 2001; Xu et al., 2023). The S2 solids were subjected to a digestion process to determine the composition of each element present in them. Table 2 shows the weight percentages calculated from atomic absorption measurements. It should be noted that the weight percentage is less than 100%. This could indicate the presence of organic compounds in the solid, such as the organic solvents commonly used in lithium battery electrolytes (Moller et al., 2001; Xu et al., 2023).
Tabla 2. Composición química de los sólidos S2 obtenidos a partir deBM1 yBM2. Table 2. Chemical composition of the S2 solids obtained from BM1 and BM2.
La cantidad de S2 obtenida para cada una de las dos masas negras tratadas es de 27,9 y 35,1 g/kg de masa negra para BM1 y BM2, respectivamente. Los valores de la tabla 2 indican la composición en fases minerales: 22,81 % en peso de LiPF637,33 % en peso de LiF y 9,2 % en peso de U2CO3 para BM1; y 45,2%en peso de LiPF6, 35,8 % en peso de LiF y 4,5 % en peso de U2CO3 para BM2. El resto, hasta el 100%, debería corresponder a compuestos orgánicos. The amount of S2 obtained for each of the two treated black masses is 27.9 and 35.1 g/kg of black mass for BM1 and BM2, respectively. The values in Table 2 indicate the mineral phase composition: 22.81% by weight of LiPF6, 37.33% by weight of LiF, and 9.2% by weight of U2CO3 for BM1; and 45.2% by weight of LiPF6, 35.8% by weight of LiF, and 4.5% by weight of U2CO3 for BM2. The remainder, up to 100%, should correspond to organic compounds.
La Fig. 7 muestra los espectros de espectroscopía infrarroja de los sólidos S2 obtenidos para cada masa negra. La banda de absorción ancha en el rango entre 3600 y 3250 cm-1, indica la vibración de estiramiento -O-H de las moléculas de agua v(-O-H). La banda débil y ancha por debajo de 3000 cm-1, muestra las vibraciones de estiramiento de los enlaces -C-H (v(-CH2) y v(-CH3) de EC/DMC). Alrededor de 1650 cm-1 se observan las vibraciones de estiramiento -C=O de EC/DMC v(-C=O) y la vibración de flexión -O H del agua 5(-O-H). Hay algunos picos alrededor de 1500 cm-1 correspondientes a la vibración de estiramiento -C=O del material a base de carbonato v(-C=O) (Tang et al., 2017), la vibración de flexión -CH2 de EC 5(sc)(-CH2) y las vibraciones de flexión -CH3 de DMC 5(-CH3). Además, las bandas en el rango de 1200-1000 cm-1 se atribuyen a la vibración de estiramiento asimétrica y simétrica -O-C-O- de EC/DMC (vs(-O-C-O) vas(-O-C-O). Por último, la banda de estiramiento -P-F del anión (PF6)- (a 843 cm-1) se divide en dos bandas en DMC y EC. Estas bandas corresponden al apareamiento iónico en estos últimos disolventes v(-P-F) (Yang et al., 2006). Fig. 7 shows the infrared spectra of the S2 solids obtained for each black mass. The broad absorption band in the range between 3600 and 3250 cm-1 indicates the -O-H stretching vibration of water molecules v(-O-H). The weak and broad band below 3000 cm-1 shows the stretching vibrations of the -C-H bonds (v(-CH2) and v(-CH3) of EC/DMC). Around 1650 cm-1, the -C=O stretching vibrations of EC/DMC v(-C=O) and the -OH bending vibration of water 5(-O-H) are observed. There are some peaks around 1500 cm-1 corresponding to the -C=O stretching vibration of carbonate-based material v(-C=O) (Tang et al., 2017), the -CH2 bending vibration of EC 5(sc)(-CH2), and the -CH3 bending vibrations of DMC 5(-CH3). Moreover, the bands in the range of 1200–1000 cm-1 are attributed to the asymmetric and symmetric -O-C-O- stretching vibration of EC/DMC (vs(-O-C-O) and vas(-O-C-O). Finally, the -P-F stretching band of (PF6)- anion (at 843 cm-1) splits into two bands in DMC and EC. These bands correspond to the ion pairing in the latter solvents v(-P-F) (Yang et al., 2006).
La Fig. 8 muestra el diagrama de difracción de rayos X de S2 obtenido a partir de BM1 (en el caso de BM2 el diagrama es idéntico y no se representa). Se muestran las señales de difracción correspondientes a LiPF6 [01-082-0784], LiF [01-072-1538] y LiCO3 [01 0872-0729]. La intensidad de las señales sugiere una mayor proporción relativa de LiPF6 y LiF que de las otras fases minerales, de acuerdo con los valores de la Tabla 2. Fig. 8 shows the X-ray diffraction pattern of S2 obtained from BM1 (in the case of BM2 the pattern is identical and not represented). The diffraction signals corresponding to LiPF6 [01-082-0784], LiF [01-072-1538] and LiCO3 [01 0872-0729] are shown. The intensity of the signals suggests a higher relative proportion of LiPF6 and LiF than of the other mineral phases, in agreement with the values in Table 2.
La Figura 9 muestra las curvas TGA y DTA del calentamiento de S2 en atmósfera de N2 (velocidad de calentamiento 20 °C/min). La curva DTA muestra un amplio efecto endotérmico entre 25 °C y 175 °C, con un pico a 62,5 °C. Este efecto está asociado a una pérdida de masa del 6,3% (véase la curva TGA). Entre 175 °C y 319 °C se observan pequeñas señales endotérmicas, correspondientes a una pérdida de masa del 6,5%. Por último, se observa un efecto endotérmico agudo entre 580 °C y 632 °C, con un pico a 604 °C. Este efecto está asociado a una pérdida de masa del 16,62%. La pérdida de masa total en el intervalo 25 °C - 700 °C fue del 29,75%. Figure 9 shows the TGA and DTA curves for heating S2 in an N2 atmosphere (heating rate 20 °C/min). The DTA curve shows a broad endothermic effect between 25 °C and 175 °C, with a peak at 62.5 °C. This effect is associated with a mass loss of 6.3% (see TGA curve). Between 175 °C and 319 °C, small endothermic signals are observed, corresponding to a mass loss of 6.5%. Finally, a sharp endothermic effect is observed between 580 °C and 632 °C, with a peak at 604 °C. This effect is associated with a mass loss of 16.62%. The total mass loss in the range 25 °C - 700 °C was 29.75%.
Las pérdidas de masa observadas hasta 319 °C podrían deberse a la descomposición de compuestos orgánicos, de acuerdo con los resultados de FTIR. El pico endotérmico a 604 °C podría corresponder a la descomposición de un carbonato. Shi et al. (2020) (Shi et al., 2020) estudiaron la composición del carbonato de litio puro y encontraron una temperatura de descomposición de 727 °C en atmósfera inerte. The observed mass losses up to 319 °C could be due to the decomposition of organic compounds, according to the FTIR results. The endothermic peak at 604 °C could correspond to the decomposition of a carbonate. Shi et al. (2020) (Shi et al., 2020) studied the composition of pure lithium carbonate and found a decomposition temperature of 727 °C in an inert atmosphere.
Sin embargo, Parsierb et al. (2001) (Pasierb et al., 2001) encontraron que en una atmósfera de CO<2>, la temperatura de descomposición del carbonato de litio cae por debajo de 727 °C. Esto significa que el pico observado a 604 °C podría corresponder a la descomposición del carbonato de litio, ya que en una atmósfera rica en CO<2>podría existir debido a la presencia de compuestos orgánicos que se descomponen en el rango de hasta 319 °C, reduciendo la temperatura de descomposición. However, Parsierb et al. (2001) (Pasierb et al., 2001) found that in a CO<2> atmosphere, the decomposition temperature of lithium carbonate drops below 727 °C. This means that the peak observed at 604 °C could correspond to the decomposition of lithium carbonate, since in a CO<2>-rich atmosphere it could exist due to the presence of organic compounds that decompose in the range of up to 319 °C, reducing the decomposition temperature.
La presencia de carbonato de litio en los productos de degradación del electrolito fue investigada previamente por An et. al. (2016) (An et al., 2016). La interfase sólidoelectrolito (SEI) es una fina capa que se forma en las superficies de los electrodos de las baterías de iones de litio durante sus ciclos de carga y descarga. La capa se forma como consecuencia de complejas reacciones electroquímicas entre el electrolito (LiPF6y carbonatos orgánicos como EC, DMC, PC) y los electrodos, produciendo productos secundarios como fluoruro de litio (LiF) y carbonato de litio (U<2>CO<3>). El SEI actúa como una interfaz protectora, impidiendo reacciones posteriores entre los electrodos y el electrolito, mejorando el rendimiento y la longevidad de las baterías. The presence of lithium carbonate in electrolyte degradation products was previously investigated by An et al. (2016) (An et al., 2016). The solid-electrolyte interface (SEI) is a thin layer that forms on the electrode surfaces of lithium-ion batteries during their charge and discharge cycles. The layer is formed as a consequence of complex electrochemical reactions between the electrolyte (LiPF6 and organic carbonates such as EC, DMC, PC) and the electrodes, producing by-products such as lithium fluoride (LiF) and lithium carbonate (U<2>CO<3>). The SEI acts as a protective interface, preventing further reactions between the electrodes and the electrolyte, improving the performance and longevity of the batteries.
Posteriormente, S2 se calentó a 700 °C durante 2h en un horno de mufla para obtener un compuesto cuyo aspecto se muestra en la Figura 10. Subsequently, S2 was heated at 700 °C for 2 h in a muffle furnace to obtain a compound whose appearance is shown in Figure 10.
La Figura 11 muestra el diagrama de difracción de rayos X del producto obtenido tras el tratamiento térmico a 700 °C. Se puede observar que los máximos de difracción corresponden a U3PO4 [00-015-076] y LiF [01-072-1538]. La formación de fosfato de litio seguiría la reacción (1): Figure 11 shows the X-ray diffraction diagram of the product obtained after heat treatment at 700 °C. It can be seen that the diffraction maxima correspond to U3PO4 [00-015-076] and LiF [01-072-1538]. The formation of lithium phosphate would follow reaction (1):
La reacción anterior ya fue demostrada por Du et al. (Du et al., 2023) cuando estudiaron la hidrólisis en condiciones hidrotérmicas y la descomposición por encima de 500 °C de un electrolito basado en LiPF6. The above reaction was previously demonstrated by Du et al. (Du et al., 2023) when they studied the hydrolysis under hydrothermal conditions and decomposition above 500 °C of a LiPF6-based electrolyte.
La mezcla de fluoruro y fosfato de litio tiene poca utilidad, ya que no es apta para su reutilización en la fabricación de nuevas baterías. Sin embargo, los dos compuestos pueden separarse aprovechando sus diferentes solubilidades en agua (solubilidad del L3PO4: 1,34 g/L y solubilidad del LiF: 0,4 g/L). Para probarlo, el producto obtenido a 700 °C (S2700) se disolvió en agua a temperatura ambiente utilizando una proporción S/L de 3,3 g/L. La mezcla se agitó y se filtró. La mezcla se agitó y se filtró al cabo de 20 min. El sólido insoluble se analizó mediante difracción de rayos X. El diagrama de difracción corresponde a U3PO4 [01-084-00466] con pequeñas impurezas de LiF [01-072-1538] (Fig. 11a). La imagen de microscopía electrónica de barrido de los cristales planos similares a láminas de fosfato pseudo hexagonal (Michael, 2022) se muestra en el diagrama del recuadro. The lithium fluoride-phosphate mixture is of little use as it is not suitable for reuse in the manufacture of new batteries. However, the two compounds can be separated by taking advantage of their different solubilities in water (L3PO4 solubility: 1.34 g/L and LiF solubility: 0.4 g/L). To test this, the product obtained at 700 °C (S2700) was dissolved in water at room temperature using an S/L ratio of 3.3 g/L. The mixture was stirred and filtered. The mixture was stirred and filtered after 20 min. The insoluble solid was analyzed by X-ray diffraction. The diffraction pattern corresponds to U3PO4 [01-084-00466] with small impurities of LiF [01-072-1538] (Fig. 11a). The scanning electron microscopy image of the pseudo-hexagonal phosphate sheet-like flat crystals (Michael, 2022) is shown in the inset diagram.
El líquido obtenido después de la filtración se evaporó al vacío. El sólido resultante se analizó mediante difracción de rayos X (Fig. 11b). El diagrama de difracción corresponde a un LiF [01-072-1538] altamente cristalino con un contenido muy bajo en fosfatos. El recuadro muestra una imagen de microscopía electrónica de barrido de los cristales de LiF, que no muestran una morfología bien definida. The liquid obtained after filtration was evaporated in vacuo. The resulting solid was analyzed by X-ray diffraction (Fig. 11b). The diffraction pattern corresponds to a highly crystalline LiF [01-072-1538] with a very low phosphate content. The inset shows a scanning electron microscopy image of the LiF crystals, which do not display a well-defined morphology.
La tabla 3 muestra la composición química del fosfato de litio y del fluoruro de litio obtenidos, así como la composición porcentual en componentes. Se puede observar que el LiF contiene un pequeño porcentaje de U3PO4 (3% wt.). El U3PO4, contiene un 9% de LiF. Probablemente, una segunda purificación permitiría disminuir este porcentaje. Table 3 shows the chemical composition of the lithium phosphate and lithium fluoride obtained, as well as their percentage composition by component. It can be seen that LiF contains a small percentage of U3PO4 (3% wt.). U3PO4 contains 9% LiF. A second purification would likely reduce this percentage.
Tabla 3. Composición química del fluoruro de litio y del fosfato de litio y componentes presentes en cada uno de ellos. Table 3. Chemical composition of lithium fluoride and lithium phosphate and components present in each of them.
Según el método de la presente invención, la recuperación del litio, expresada como porcentaje de recuperación de carbonato de litio equivalente, obtenido a través de la realización de un balance de masas y del análisis de los productos finales del proceso, es del 94,6% para BM1 y del 90,3% para BM2. According to the method of the present invention, lithium recovery, expressed as a percentage of lithium carbonate equivalent recovery, obtained through a mass balance and analysis of the final products of the process, is 94.6% for BM1 and 90.3% for BM2.
En las baterías de iones de litio, la presencia de especies fluoradas en el electrolito, incluido el LiF, se considera esencial por su papel en la pasivación de la superficie del ánodo (Ripp et al., 2009; C. Wang et al., 2019). Además, la presente invención permite la síntesis relativamente sencilla de U3PO4, que es uno de los materiales electrolíticos para baterías de estado sólido, y es un compuesto esencial para la fabricación de baterías de litio hierro fosfato (Spears et al., 2022). In lithium-ion batteries, the presence of fluorinated species in the electrolyte, including LiF, is considered essential for their role in passivating the anode surface (Ripp et al., 2009; C. Wang et al., 2019). Furthermore, the present invention enables the relatively straightforward synthesis of U3PO4, which is one of the electrolyte materials for solid-state batteries and is an essential compound for the fabrication of lithium iron phosphate batteries (Spears et al., 2022).
Por lo tanto, esta invención permite recuperar la mayor parte del litio del electrolito en forma de LiF y U3PO4. Además, la separación y recuperación del LiF evita la contaminación por flúor en el carbonato de litio. Therefore, this invention allows the majority of the lithium to be recovered from the electrolyte in the form of LiF and U3PO4. Furthermore, the separation and recovery of LiF prevents fluorine contamination in the lithium carbonate.
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