循环浸出法高值回收废旧镍钴锰三元材料及其相关精细化学品的合成研究
锂离子电池以其高比能量和循环寿命好等优点获得了广泛应用。随着废旧锂电池的日益增多，迫切需要一种清洁的回收技术实现废旧锂离子电池中有价金属的高值回收，并减少环境污染。本论文提出并开展了硫酸铵和三元正极材料直接焙烧，再去离子水浸出得到镍钴锰母液，进而通过碳酸钠-碳酸氢钠混合溶液沉淀，并陈化过程制得镍钴锰前驱体的方法。最后该前驱体和碳酸锂煅烧再生制得三元材料。本论文的主要工作如下: (1)利用Ni2+和Co2+离子吸收波长的差异，通过分光光度计构建了双波长法测定Ni2+、Co2+含量，结合EDTA滴定法测定的Ni、Co和Mn的总量，通过差减法求出Mn的含量。 (2)将手工拆解废旧锂电池获得电芯后，采用在稀酸中机械搅拌筛分的方法获得正极材料粉末。然后较系统研究了将正极材料和硫酸铵焙烧过程，发现其最佳焙烧条件为:焙烧温度为470℃，焙烧时间为90min。对焙烧产物的浸出过程表明，新方法对正极材料焙烧后的Ni、Co和Mn盐的浸出率均为99％以上，且浸出液几乎为中性，避免了后续步骤采用大量的碱去中和。 (3)论文研究了浸出母液中铁铝杂质的除杂过程，通过建立的两步法实现了铁和铝离子的高效去除。在浸出母液中依次加入过氧化氢和氢氧化钠，并调节溶液pH为3.2，使大部分Fe2+氧化成Fe3+，进而形成进行Fe(OH)3沉淀;另外在控制pH为4.5条件下，利用水热法除去残留铝离子，实验表明铝的去除率为99.9％。除杂过程中镍钴锰的损失都较小，回收率均能达到99％以上; (4)本论文通过以Na2CO3和NaHCO3混合缓冲液为沉淀剂制备前驱体，研究了反应过程和陈化过程对前驱体的影响。结果表明，对反应产物进行陈化过程有利于得到较好的前驱体。当陈化温度为70℃，陈化时间为10h时，制得的前驱体颗粒呈现直径2μm且较均匀的球形颗粒。 (5)论文研究了回收前驱体制备三元材料的过程。研究结果表明:在煅烧温度为900℃，煅烧时间为10h的条件下制得具有α-NaFeO2层状结构材料，材料颗粒仍能保持类球形，粒子粒径大小分布均匀，约为200nm。电压在2.5-4.6V，材料在0.2C、0.5C和1C(1C=200mA g-1)放电倍率下的首次充电比容量分别为229.7、190.1和172.7mAh g-1，其对应的首次放电比容量为224.1、177.8和153.7mAh g-1，首次库伦效率为97.5％、93.5％和89.0％。循环40圈后对应的放电比容量分别为198.2、153.5和119.3mAh g-1，容量保持率分别为88.4％、86.3％和77.6％，表现了较好的循环稳定性。
废旧锂电池;金属回收;焙烧法;浸出法;共沉淀法;三元材料
北京化工大学
硕士
化学
潘军青
2018
中文
X705
98
2018-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）