Question

磷酸亚铁锂(LiFePO₄)电池是新能源汽车的动力电池之一。废旧磷酸亚铁锂电池的正极片除含LiFePO₄外，还含有Al箔、少量不溶于酸碱的导电剂，采用湿法冶金工艺回收其中的资源，部分流程如图所示：

	0	20	40	60	80	100
LiOH	12.7	12.8	13.0	13.8	15.3	17.5
Li2CO3	1.54	1.33	1.17	1.01	0.85	0.75

(1)LiFePO₄中P的化合价为______。碱溶时Al箔溶解的离子方程式是__________。

(2)为提高酸浸的浸出率，除粉碎、搅拌外，还可采用的方法是______(填1种即可)。实验测得滤液2中，加入等体积的Na₂CO₃溶液后，Li⁺的沉降率达到99%，若，则滤液3中______mol·L^-1。

(3)流程中用“热水洗涤”的原因是__________。

(4)磷酸亚铁锂电池总反应为：，电池中的固体电解质可传导Li⁺，充电时，Li⁺移向______(填“阳极”或“阴极”)，放电时正极反应式为______。

Answer

+5 2Al＋2OH－＋2H2O=2＋3H2↑ 升温、适当增大酸的浓度、延长浸出时间等 4 Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li2CO3的溶解 阴极 Li1－xFePO4＋xLi+＋xe－=LiFePO4

【解析】

废旧电池正极片(磷酸亚铁锂、炭黑和铝箔等)放电拆解后加入氢氧化钠溶液碱浸，过滤得到滤液中偏铝酸钠溶液，滤渣酸浸过滤得到炭黑和硫酸锂、硫酸亚铁的溶液，加入硫酸、硝酸氧化亚铁滤渣生成铁离子，调节溶液pH生成磷酸铁沉淀，过滤后的滤液中加入碳酸钠沉淀锂离子生成碳酸锂，经过滤、洗涤、干燥等操作得到碳酸锂，据此分析解答。

(1)根据化合价之和为0可得，LiFePO4中P的化合价为+5；碱溶时，Al与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应离子方程式是2Al＋2OH－＋2H2O=2＋3H2↑；

(2)为提高酸浸的浸出率，除粉碎、搅拌外，还可采用的方法是升温、适当增大酸的浓度、延长浸出时间等；滤液2中，加入等体积的Na2CO3溶液后，Li+的沉降率达到99%，混合后溶液中含有的c(Li+)=4mol/L×(1−99%)×0.5=0.02mol/L，已知：Ksp(Li2CO3)=c2(Li+)∙c(CO)=1.6×10−3，则滤液3中c(CO)==4mol/L；

(3)根据题中表格数据可知，Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li2CO3的溶解；

(4)磷酸亚铁锂电池总反应为，电池中的固体电解质可传导Li+，充电时为电解池，电解池中阳离子向阴极移动，Li+移向阴极；放电时，正极发生还原反应，正极反应式为：Li1－xFePO4＋xLi+＋xe－=LiFePO4。