废旧锂离子电池矿浆电解过程资源化研究

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随着电子技术的发展与电子产品的不断更新,锂电池实际使用寿命大大缩短,废旧锂离子电池的数量与日俱增,其兼具高价值性与环境污染性,引起了很多研究者的关注。本论文运用矿浆电解法对废旧锂离子电池进行资源化处理,考察了电流对金属钴、锂、镍、铜回收率、阴极金属粉末中金属分布率、物相与形貌的影响,探究是否可以实现正极材料钴酸锂在阴极一步沉积与再生,主要研究结论如下:1.废旧锂离子电池预处理:采用10 wt.%NaCl溶液处理废旧锂离子电池240 min为放电处理的较佳条件,经机械破碎后选取粒径在<0.45 mm以下的混合物料有较多正负极材料进入,为后续实验样品。2.废旧锂离子电池正负极混合物还原氨浸研究:构建了一种废旧锂离子电池正负极混合物高效还原氨浸体系,最佳的浸出条件为NH3·H2O 120 g/L、NH4HCO3 75 g/L,(Na2SO3):n(Co)=2:1,353 K,240 min,金属钴、锂、镍和铜的浸出率分别为91.16%、97.57%、86.60%和99.50%。浸出动力学研究表明,该过程的限速步骤是界面化学反应控制。另外,浸出渣可进行分离纯化,可得到石墨粉体、碳酸锰及四氧化三锰,具有一定的回收价值。3.废旧锂离子电池正负极混合物氨浸液电沉积研究:随着电流的升高,金属钴、镍和铜的回收率总体呈现升高趋势,而锂的回收率较低。当电流为1.0A时,钴、镍、铜和锂的回收率分别为98.15%、99.11%、99.91%和15.36%。得到的阴极金属粉末中钴的占比最大,可达80.71%。电流大小对阴极金属粉末的XRD物相影响不大。从阴极金属粉末微观形貌来看,提高电流有利于减小阴极粉末的粒径。4.废旧锂离子电池正负极混合物矿浆电解法回收:随着电流的升高,金属钴的回收率先升高再降低再升高,金属镍、铜及锂的回收率是先升高再降低,金属钴、锂、镍及铜的最高回收率分别为25.66%、99.57%、91.52%及89.44%。在电流为4.5A时,得到的阴极金属粉末中金属钴含量最高,为86.88%,表明提高电流有利于金属钴的沉积。电流大小对阴极金属粉末的XRD物相影响不大。从阴极金属粉末微观形貌来看,提高电流有利于减小阴极粉末的粒径。另外,提高电流密度与不断添加电解质溶液以维持电流的稳定,可以实现正极材料钴酸锂在阴极一步沉积与再生。
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