废旧锰酸锂电池中有价金属的电化学还原机理

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由于具有优异的性能,锂电池在动力汽车、电子产品等方面得到了广泛的应用。随着大量锂离子电池的退役,废旧锂离子电池的累积量也持续增加。废旧锂电池正极材料中含有大量的钴、锰、镍等金属离子,如不及时得到有效的处理会造成资源的浪费及环境污染。传统的废旧锂电池回收方法易产生废气、废液等有害物,存在对环境造成二次污染的风险。采用熔盐电化学手段,对锰酸锂的提锰富锂机理进行了研究并对锰酸锂电池进行电解实验,回收金属锰的同时在熔盐中得到富锂资源。主要研究内容如下:锰酸锂的溶解行为研究:在NaCl-CaCl2熔盐中750℃条件下,研究了锰酸锂在的溶解行为。结果表明,时间为0.1 h时出现的少量化学分解产物为锰酸钙(CaMn2O4)、氧化亚锰(MnO),仍有部分LiMn2O4未发生反应,经过2 h的反应后LiMn2O4被完全分解。锰酸锂的在熔盐中的电化学行为研究:采用循环伏安、方波伏安等电化学测试方法,研究了Mn离子在工作电极(Pt、W、Mo)表面的电化学行为及还原机理。结果显示,在NaCl-CaCl2熔盐体系中经过自发过程Mn(IV)先还原为Mn(III),随后Mn(III)的电化学还原过程为:Mn(III)→Mn(II)→Mn。这个电化学还原过程的第一步转移一个电子,为不可逆过程;第二步转移两个电子,为准可逆过程。NaCl-CaCl2熔盐体系中,锰酸锂涂覆电极的电化学行为研究揭示了锰酸锂在电极表面的电子转移过程为:Mn(IV)→Mn(III)→Mn(II)→Mn。锰酸锂的电脱氧:在750℃、12 h、电压为2.6 V条件下进行恒电压电解获得了单质锰,且脱氧电压的增大对脱氧动力学过程有促进作用;在750℃、12 h、电压为3 V条件下进行恒电压脱氧得到了金属锰含量为98%的产物。图61幅;表15个;参62篇。
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