從廢舊鋰離子電池制備錳酸鋰正極材料的研究.pdf

1、由于鋰離子電池對環(huán)境的污染小、無記憶效應(yīng)且電化學(xué)性能優(yōu)良，如比能量高、工作電壓高、循環(huán)壽命長、自放電小等，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于移動電話、筆記本電腦、攝像機(jī)等便攜式電器，同時也是電動汽車的動力電池之一。一些性能優(yōu)良的鋰離子電池的比能量超過125Wh/kg-1，循環(huán)壽命達(dá)到1000次。目前，主要的鋰離子電池的正極材料有LiMO2(LiCoO2、LiNiO2)、鋰錳氧化物(Li-Mn-O)以及鋰釩氧化物(LiV3O8)系統(tǒng)。其中尖晶石型LiMn2

2、O4具有三維鋰離子隧道結(jié)構(gòu)，比層間化合物更有利于Li+嵌入和脫出，且具有制備容易、污染低、成本低、資源豐富等優(yōu)點。
　　然而，作為綠色能源的可充放電鋰離子電池的使用壽命一般都在3年左右，所以廢舊鋰離子電池已經(jīng)成為固體廢棄物中不可忽略的一個重要部分。由于鋰離子電池中含有難降解的有機(jī)溶劑以及金屬離子，所以對鋰離子電池的回收就顯得尤為重要，如鋰離子電池電解液中LiPF6遇水會釋放有害氣體HF，HF易與強(qiáng)氧化劑發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生P2O5;而鈷、

3、鎳、銅等金屬離子，一方面是用途很廣泛的金屬，有的還是貴重稀有金屬（如鈷）;另一方面，這些金屬離子在環(huán)境中的積累效應(yīng)使它們可以通過生物鏈傳遞來危害人類自身，給人類帶來極大的危害。所以，以適當(dāng)?shù)姆椒ɑ厥绽脧U舊鋰離子電池，不僅可以減少對人類賴以生存的自然環(huán)境的污染，還能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。
　　在本研究實驗中，首先通過一定的方法從廢舊鋰離子電池中回收得到正極材料錳酸鋰回收樣品;然后結(jié)合單因素實驗與正交實驗方法，研究回收樣品在檸檬酸溶液

4、中的溶解條件;最后以檸檬酸溶解回收樣品所得的溶液為原料，采用溶膠-凝膠法制備新的可利用的具有尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4。采用X射線衍射儀(XRD)表征制各樣品的晶體結(jié)構(gòu)，用掃描電子顯微鏡(SEM)技術(shù)表征制備的錳酸鋰樣品的形貌特征，并采用電池程控測試儀對其進(jìn)行電化學(xué)性能研究。
　　通過本實驗研究表明:(1)從廢舊鋰離子電池中回收LiMn2O4正極材料的工藝流程為:廢舊鋰離子電池→放電→拆分→分選→破碎→550℃高溫處理1h→LiM

5、n2O4回收樣品混合物→800℃灼燒2h→純LiMn2O4回收樣品;(2)純LiMn2O4回收樣品在檸檬酸溶液中適宜的溶解條件為:檸檬酸濃度1.0mol/L、溶解溫度45℃、H2O2加入量5.0％、料液比60g/L，且溶解率達(dá)到99.56％;(3)以檸檬酸溶解純LiMn2O4回收樣品所得的溶液為原料，采用溶膠-凝膠法成功制備出新的錳酸鋰正極材料。結(jié)果表明，350℃預(yù)燒4h，700℃煅燒12h條件下制備出的LiMn2O4材料具有明顯的尖晶