溶胶—凝胶法再生废旧钴酸锂电池中钴酸锂的研究
发布时间：2021-10-25 08:10
钴酸锂电池广泛应用于手机、相机和笔记本电脑等小型用电设备,由于其使用寿命只有3～5年,因而会产生大量废旧钴酸锂电池。钴酸锂电池中含有多种金属资源,同时也含有多种有害物质,如果忽视这些废旧钴酸锂电池的处理,必然会导致资源浪费和环境破坏。本研究将废旧锂电池正极材料中的LiCoO2的酸浸出过程和再生过程耦合,一步再生LiCo02,简化了流程。对回收再生工艺的预处理过程、酸浸出过程、再生过程和改性过程分别进行了研究。在预处理过程中,通过放电、手工拆解得到正极片,然后采用溶剂法,使用NMP分离正极材料与集流体,最后将正极材料在600℃下煅烧5 h除去残余的聚偏氟乙烯（PVDF）和乙炔黑等杂质,得到纯净的废旧LiCo02。在酸浸出过程中,以柠檬酸为浸出剂,H2O2为还原剂,在柠檬酸浓度为1.5 mol/L、H2O2浓度为2 vol%、反应时间为60 min、温度为80℃和固液比为20 g/L的条件下,浸出预处理后得到的废旧LiCo02,制备出含有Li+和Co2+的浸出液。在再生与改性过程中,先通过ICP-OES表征确定浸出液中Li+和Co2+浓度,然后添加必要的锂源和钴源,调节Li和Co的摩尔比为...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２钴酸锂电池的结构组成??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｃｏｂａｌｔ?ｏｘｉｄｅ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??
?第一章绪论???中，Ｌｉ＋从负极材料中脱嵌，流经电解液并嵌入正极，电子从负极经外电路抵达正极，??Ｃｏ４＋被还原为Ｃｏ３＋，正极处于富锂态［１５］。钴酸锂电池充放电过程如图１－３所示。??純一潘，??ｎ＾?砩ｊ??Ｃｕ：ｍｐ０ｒ?＇＾７Ｔ?＾ｒｍＭ??ＬＩ＾Ｃ＾?ＬＩｈｓＣ＊＾??图１－３钴酸锂电池充放电过程??Ｆｉｇ．?１－３?Ｃｈａｒｇｉｎｇ?ａｎｄ?ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｃｏｂａｌｔ?ｏｘｉｄｅ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??钴酸锂电池的充电反应如下（放电反应为充电反应的逆反应）：??正极反应：?１＾０〇２＝１＾４（！：０〇２＋）＾０＋＋＼￡??负极反应：?６Ｃ＋ｘＬｉ＋＋ｘｅ－＝ＬｉｘＣ６??电池总反应：?ＬｉＣｏ〇２＋６Ｃ＝Ｌｉｉ＿ｘＣｏ０２＋ＬｉｘＣ６??１．３钴酸锂电池回收工艺??目前，废旧钴酸锂电池的回收工艺很多，其主要目的是处理回收ＬｉＣ〇０２正极材??料中的有价金属。总体而言，回收工艺主要分为三个步骤：??（１）电池预处理：通过去除电池塑料外皮、剥离金属外壳、电极材料与集流体分??离等处理步骤，达到获得电极材料的目的［１６］。电池预处理采用的主要方法有机械分离??法、热处理法、溶剂溶解法和碱浸出法等。??（２）溶解浸出：对预处理后获得的正极材料，通过溶解浸出的方法使其中的有价??金属以离子形式进入溶液ｔ１７］。溶解浸出采用的主要方法有酸浸出法和生物浸出法等。??（３）有价金属离子回收：对于溶解浸出获得的浸出液中的有价金属离子进行分离??回收［１８］。有价金属离子回收采用的主要方法有溶剂萃取法、化学沉淀法和电化学法等。??钴酸锂电池回收工艺流程如图
?北京化工大学硕士学位论文???ｍ２为剥离后正极片质量，ｇ；??ｍ３为附着在铝箔上的正极材料质量，ｇ。??２．２．５?？温除杂研究??从集流体上剥离获得的正极材料除含有ＬｉＣ〇０２外，还含有未溶解的残余粘结剂??聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）和乙炔黑等杂质。研宄表明ＰＶＤＦ在３２０°Ｃ以上会发生热分解??反应，反应机理如下化学反应式＾１：??Ｆ?Ｈ??ｒｌ?Ｉｎ?ｉ??－ｔ〒一一＂－?ＨＦ?＋?Ｃ??Ｆ?Ｈ??因此对剥离获得的正极材料在管式炉中煅烧处理，可除去残余杂质得到纯净的??ＬｉＣ〇０２，锻烧温度通过剥离获得的正极材料的热重分析获得。??２．３实验结果和讨论??２．３．１钴酸锂电池组成??废旧钴酸锂电池在通风橱中拆解后，电解质常温下自然挥发，可以得到金属外壳、??正极片、负极片和隔膜这四部分主要组件（如图１－１所示），其中正极片用于本章实??验研宂。??ｉ：邏臟??ｔ?负极片４，隔膪＿??個麵??图２－１废旧钴酸锂电池拆解后各部分组件??Ｆｉｇ．?２－１?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｏｆ?ｓｐｅｎｔ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｃｏｂａｌｔ?ａｃｉｄ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ?ａｆｔｅｒ?ｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｙ??２０??
本文编号：3456996
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２钴酸锂电池的结构组成??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｃｏｂａｌｔ?ｏｘｉｄｅ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??
?第一章绪论???中，Ｌｉ＋从负极材料中脱嵌，流经电解液并嵌入正极，电子从负极经外电路抵达正极，??Ｃｏ４＋被还原为Ｃｏ３＋，正极处于富锂态［１５］。钴酸锂电池充放电过程如图１－３所示。??純一潘，??ｎ＾?砩ｊ??Ｃｕ：ｍｐ０ｒ?＇＾７Ｔ?＾ｒｍＭ??ＬＩ＾Ｃ＾?ＬＩｈｓＣ＊＾??图１－３钴酸锂电池充放电过程??Ｆｉｇ．?１－３?Ｃｈａｒｇｉｎｇ?ａｎｄ?ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｃｏｂａｌｔ?ｏｘｉｄｅ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ??钴酸锂电池的充电反应如下（放电反应为充电反应的逆反应）：??正极反应：?１＾０〇２＝１＾４（！：０〇２＋）＾０＋＋＼￡??负极反应：?６Ｃ＋ｘＬｉ＋＋ｘｅ－＝ＬｉｘＣ６??电池总反应：?ＬｉＣｏ〇２＋６Ｃ＝Ｌｉｉ＿ｘＣｏ０２＋ＬｉｘＣ６??１．３钴酸锂电池回收工艺??目前，废旧钴酸锂电池的回收工艺很多，其主要目的是处理回收ＬｉＣ〇０２正极材??料中的有价金属。总体而言，回收工艺主要分为三个步骤：??（１）电池预处理：通过去除电池塑料外皮、剥离金属外壳、电极材料与集流体分??离等处理步骤，达到获得电极材料的目的［１６］。电池预处理采用的主要方法有机械分离??法、热处理法、溶剂溶解法和碱浸出法等。??（２）溶解浸出：对预处理后获得的正极材料，通过溶解浸出的方法使其中的有价??金属以离子形式进入溶液ｔ１７］。溶解浸出采用的主要方法有酸浸出法和生物浸出法等。??（３）有价金属离子回收：对于溶解浸出获得的浸出液中的有价金属离子进行分离??回收［１８］。有价金属离子回收采用的主要方法有溶剂萃取法、化学沉淀法和电化学法等。??钴酸锂电池回收工艺流程如图
?北京化工大学硕士学位论文???ｍ２为剥离后正极片质量，ｇ；??ｍ３为附着在铝箔上的正极材料质量，ｇ。??２．２．５?？温除杂研究??从集流体上剥离获得的正极材料除含有ＬｉＣ〇０２外，还含有未溶解的残余粘结剂??聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）和乙炔黑等杂质。研宄表明ＰＶＤＦ在３２０°Ｃ以上会发生热分解??反应，反应机理如下化学反应式＾１：??Ｆ?Ｈ??ｒｌ?Ｉｎ?ｉ??－ｔ〒一一＂－?ＨＦ?＋?Ｃ??Ｆ?Ｈ??因此对剥离获得的正极材料在管式炉中煅烧处理，可除去残余杂质得到纯净的??ＬｉＣ〇０２，锻烧温度通过剥离获得的正极材料的热重分析获得。??２．３实验结果和讨论??２．３．１钴酸锂电池组成??废旧钴酸锂电池在通风橱中拆解后，电解质常温下自然挥发，可以得到金属外壳、??正极片、负极片和隔膜这四部分主要组件（如图１－１所示），其中正极片用于本章实??验研宂。??ｉ：邏臟??ｔ?负极片４，隔膪＿??個麵??图２－１废旧钴酸锂电池拆解后各部分组件??Ｆｉｇ．?２－１?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｏｆ?ｓｐｅｎｔ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｃｏｂａｌｔ?ａｃｉｄ?ｂａｔｔｅｒｉｅｓ?ａｆｔｅｒ?ｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｙ??２０??
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