摘要:本文以废旧锂电池为原料,经过解体分选、硫酸浸出、除杂净化等一系列工序,回收得到含镍钴锰的混合溶液,采用氢氧化物共沉淀法制备LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正极材料。分别采用XRD,TG/DSC,SEM对其进行表征,并通过恒电流充放电测试和循环性能测试对材料的电化学性能进行分析。结果表明,合成得到的LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正极材料具有典型的层状结构,并呈现球形或类球形的形貌。在0.1C,电压范围为2.75~4.3V的条件下,经恒流充放电测试,它的首次放电容量为136.5mAh•g-1,经过30个循环后,放电容量为124.9mAh•g-1,容量保持率高达91.5%,表现出较优异的电化学性能。
关键词:废旧锂电池;回收;共沉淀;LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2;球形
中图分类号:O646.21文献标识码:A文章编号:1001-4861(2011)10-1987-06
引言
锂离子电池自20世纪90年代开发成功以来,由于其具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、自放电小、寿命长等优点已广泛应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多领域[1-4]。据统计,在美国和欧洲,每年大约要消费8亿只锂离子电池[5]。随着锂电池在全球的广泛使用,势必会产生大量的废旧锂电池。而废旧锂离子电池中含有大量的有价金属,其中:钴5%~20%、锂5%~7%、镍5%~10%[6-7],回收这些有价金属,尤其是钴将大大缓解钴资源的紧缺。同时,可以“变废为宝”,为制备新的锂电池正极材料提供原料。
锂离子二次电池主要由正负极、隔离膜、电解液、外壳等几个部分组成[8-9],其中正极材料在电池结构中占据着最重要的地位。目前在商业化生产的锂离子电池中最广泛使用的正极材料是LiCoO2,但其因为存在资源短缺、价格高、实际比容量偏低、抗过充电性较差、热稳定性能差等缺陷[10-12],因此,近年来的锂电池正极材料也已经从单一的钴酸锂材料,发展到钴酸锂、锰酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂等材料齐头并进的阶段[13]。因为目前报道的废旧锂电池回收方法中主要针对含单一的钴酸锂正极材料,所以大量钴系、掺杂镍系和锰系锂电池的出现将给废旧锂电池的回收带来了巨大的挑战。Contestabile[14]和Lee[15]等报道了以废旧锂电池为原料制备LiCoO2,唐新村[16-17]等研究了以废旧锂离子电池为原料制备棒状草酸钴以及从废旧锂离子电池中回收镍钴锰,但是,目前在国内外还没有相关文献报道利用废旧锂电池制备LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2。镍钴锰酸锂正极材料充分综合LiCoO2良好的循环性能、LiNiO2的高比容量和LiMnO2的高安全性及低成本等优点,形成一个LiCoO2LiNiO2LiMnO2的共熔体系[18],其综合性能优于任一单组分化合物,而且可以根据不同的性能需要对Ni,Co和Mn的比例进行调节。因此它也成为目前锂离子电池最有潜力的正极材料之一,引起了国内外众多研究者的兴趣。
本文所用到的废旧锂电池不局限于只含钴酸锂的正极材料,对于大量含镍和锰的正极材料也适用。文中采用H2SO4+H2O2溶液对废旧锂电池中活性成分浸出,通过黄钠铁矾法除铁,碳酸氢铵溶液除铝,N902萃取铜等净化工序,从废旧锂电池中回收得到含钴镍锰的混合溶液,不经过分离,人工调节钴镍锰的物质的量之比,以NaOH溶液为沉淀剂,NH4OH为络合剂,采用共沉淀法制备得到(Ni1/3Co1/3Mn1/3)(OH)2前驱体,与LiOH研磨煅烧,制得LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正极材料。
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2021-08-20
中国环卫科技网