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进入21世纪,锂离子电池用量迅速增加,废旧锂离子电池的回收利用已经成为国内外普遍关注的问题。随着LiMn2O4电池的推广应用,将会产生大量的废旧LiMn2O4电极材料。现行的回收处理方法,只是将电极材料中锂、锰等金属元素通过溶解.沉淀等分离工艺加以回收提纯变成基本化工原料,而未能因地制宜、有的放矢地对其进行回收处理并加以合理利用。不仅经济上不合算,而且也不符合我们国家所制定的资源有效利用与循环利用政策。本文以废旧锂离子电池LiMn2O4正极材料为原料,探索有效的回收处理方法与技术,在有效回收锂元素的同时,直接将LiMn2O4转化成具有不同晶型与形貌的MnO2材料。并研究其作为一次电池和超级电容器电极材料的相关电化学性能。为废旧LiMn2O4电极材料的回收再利用提供了新途径。
以废旧锰酸锂电池正极材料LiMn2O4为原料,分别采用煅烧和溶剂浸泡洗涤对前驱物LiMn2O4进行预处理以除去其中的粘结剂和炭黑。然后,分别在常温常压下和水热条件下对其进行酸浸处理制备了不同晶型与形貌的MnO2,并研究其作为一次电池和超级电容器电极材料的相关电化学性能。利用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和恒电流充放电、循环伏安等测试手段对样品成分、形貌和电化学性能进行分析表征。结果显示:对于经煅烧或溶剂浸泡洗涤预处理的废旧LiMn2O4,在常温常压下,采用0.5mol／L的H2SO4酸浸3h可制备出λ-MnO2纳米颗粒；对于经煅烧预处理的废旧LiMn2O4,在140℃水热条件下,采用2mol／L的H2SO4酸浸24h可制得β-MnO2纳米棒；而对于经溶剂浸泡洗涤预处理的废旧LiMn2O4,在160℃水热条件下,采用2mol／L的H2SO4酸浸12h可制得γ-MnO2纳米棒。
由于不同晶型MnO2具有不同的微结构,它们作为Li／MnO2一次电池电极材料和超级电容器电极材料也表现出了不同的电化学性能。λ-MnO2纳米颗粒、β-MnO2纳米棒和γ-MnO2纳米棒作为Li／MnO2一次电池电极材料,在截止电压为2V时,它们的放电比容量分别为142mAh／g、275 mAh／g和236mAh／g。此外,它们作为对称型超级电容器的电极材料也表现出良好的超级电容特性。在1mol／L的Na2SO4电解液中,恒流充放电性能显示:β-MnO2纳米棒比容量为85.7F／g,λ-MnO2纳米颗粒比容量为140.6 F／g；循环伏安性能显示:β-MnO2在50mV／s的扫描速率下具有明显的超级电容特性,比容量为37.4 F／g,而前驱物溶剂浸泡洗涤预处理和煅烧预处理后制备的λ-MnO2在2mV／s的扫描速率下具有明显的超级电容特性,且比容量均较大,分别为125.1 F／g、107.2 F／g。
过渡金属复合氧化物ZnMn2O4是新型功能无机材料,具有独特的结构及表面特性,是一种重要的催化剂,对酯化反应具有较高的催化活性。以废旧锌锰干电池电极材料为原料,分别采用固相煅烧和液相共沉淀法成功制备出粒径在10～50nm、分散均匀的znMn2O4纳米粉体。并研究将其作为催化剂,对乙酸和正丁醇合成乙酸正丁酯反应的催化性能。结果表明:在煅烧温度为400℃条件下制备的znMn2O4粉体具有很高的催化活性,在酯化反应时间为7h、催化剂用量占反应物总质量的0.4％时酯化率达到96.26％。