一种废弃电池制备功能性吸附材料β-MnO2的方法技术

本申请公开了一种废弃电池制备功能性吸附材料β

【技术实现步骤摘要】
一种废弃电池制备功能性吸附材料
β
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MnO2的方法


[0001]本申请涉及一种β
‑
MnO2的制备方法，属于退役锂电池回收利用领域。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、寿命长、自放电小等优点，已被广泛应用于电力输送和电化学储能领域。在过去的30年里，由于便携式电子设备(手机、笔记本电脑和数码相机)、电动汽车(EV)、混合动力汽车和插电式混合动力汽车(PHEV)的快速增长，导致现在每年都会产生大量的废旧锂电池。
[0003]目前成熟的回收工艺和技术主要是针对含有Co、Ni、Li等贵金属的锂离子电池(钴酸锂和三元锂电池)，即先用强酸将锂电池正极材料溶成Co
2+
、Ni
2+
、Li
+
等，再用沉淀法、萃取法来回收，但是该方法存在以下问题：1)会用到大量的萃取剂，有机溶剂，导致二次污染；2)溶解和回收过程中会用到强酸强碱，形成高钠盐溶液，对余液处理带来了巨大挑战；3)对设备要求高，处理流程多，工艺复杂繁琐，成本高，附加值低。所以，上述这些回收方法并不适用于LiFePO4,LiMn2O4这一类锂离子电池。近些年来，MnO2材料一直都被热点关注与研究，CN105879830A公布了一种制备二氧化锰吸附剂的方法，通过将硫酸锰、高锰酸钾、浓硫酸按照摩尔比为1：6：36.8的比例加入反应釜，室温下搅拌得到二氧化锰固体；CN104226232A公布了一种二氧化锰吸附剂的制备方法，通过将硫酸锰溶液与高锰酸钾溶液于室温下混合、摇匀，静置，过滤，干燥得到的二氧化锰；CN103920448A公布了一种二氧化锰铀吸附剂的制备方法及应用方法，通过向氢氧化钠溶液中加入KMnO4和MnCl2水溶液，然后水热，干燥，过滤即可得到二氧化锰铀吸附剂；CN112657490A公布了一种β
‑
MnO2的制备方法，其用硝酸锰与氨水反应，并在400℃下煅烧得到β
‑
MnO2。上述制备的锰氧化物大多都是以高锰酸钾为锰源，通过一系列化学反应来合成MnO2，并且在制备β
‑
MnO2的过程中需要高温煅烧，这不仅提高了制备成本和能量损耗，同时也不利于环境保护。在本专利技术中，锰源来自于退役废旧锂电池，通过对废旧锂电池正极材料的回收来制备β
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MnO2，这不仅解决了废旧锂电池回收的难题，同时也可以在较温和的条件下制备出功能性吸附材料β
‑
MnO2，无需后续的高温煅烧过程。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在克服上述现有回收方法中的缺点，提供一种回收成本低，工艺简单的高效锰酸锂电池回收利用方法。本专利技术首次用废旧锰酸锂电池中的正极材料锰酸锂，通过水热方法来制备β
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MnO2，优化了合成温度和反应时间。本专利技术通过一套简单的回收工艺将废旧LiMn2O4正极材料转化为β
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MnO2，用于功能性吸附材料。
[0005]本申请提供的技术方案如下：
[0006]根据本申请的一个方面，提供一种β
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MnO2的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将退役锰酸锂电池正极片置于碱性溶液中进行超声搅拌，待活性物质锰酸锂(正极活性材料)从铝箔上完全脱落后，将铝箔与碱液分离后分别进行回收；
[0008](2)将步骤(1)中的活性物质锰酸锂过滤分离后进行干燥；
[0009](3)将步骤(2)中得到的活性物质锰酸锂与酸按一定比例混合，并置于水热釜中反应，过滤分离得到固相，烘干固相得到β
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MnO2。
[0010]步骤(1)中所述碱性溶液为氢氧化钠溶液；
[0011]所述碱性溶液的摩尔浓度为0.1～0.5mol/L。
[0012]可选地，所述碱性溶液的摩尔浓度为0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0013]步骤(2)中所述干燥的温度为50～100℃；
[0014]可选地，所述干燥的温度为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0015]所述干燥的时间为6～48h。
[0016]可选地，所述干燥的时间为6h、12h、18h、24h、30h、36h、42h、48h中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0017]步骤(3)中所述酸为硫酸；
[0018]所述硫酸的浓度为0.3～3.0mol/L。
[0019]可选地，所述硫酸的浓度为1.0～3.0mol/L。
[0020]可选地，所述硫酸的浓度为0.3mol/L、0.5mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0021]步骤(3)中所述酸的体积与所述活性物质锰酸锂的质量比为5～30mL/g。
[0022]可选地，所述酸的体积与所述活性物质锰酸锂的质量比为5mL/g、10mL/g、15mL/g、20mL/g、25mL/g、30mL/g中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0023]步骤(3)中所述反应的温度为220～280℃。
[0024]可选地，所述反应的温度为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0025]步骤(3)中所述反应的时间为36～120h。
[0026]可选地，所述反应的时间为36h、48h、60h、72h、84h、96h、108h、120h中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0027]本申请能产生的有益效果包括：
[0028](1)本专利技术首次通过从废旧锰酸锂电池中回收得到β
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MnO2。制备方法简单，反应条件温和，无需后续高温煅烧，所需成本低，真正贯彻落实了“废旧资源循环再利用”的战略思想。
[0029](2)在新能源大趋势下，我们即将面临大量退役锂电池的压力，该方法的提出不仅可以很好的解决电池高效回收的难题，同时也可以制备出β
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MnO2功能性材料，用于吸附重金属以及放射性核素等应用场景。
附图说明
[0030]图1为实施例1、2、3中得到的固相的XRD谱图。
[0031]图2为实施例1中得到的固相的β
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MnO2的SEM图。
具体实施方式
[0032]下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
[0033]实施例中，XRD分析采用日本理学公司的Miniflex 600型仪器，条件设置为40kV,40mA,Cu
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Kα辐射；SEM分析采用日立公司SU
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8010型仪器,二次电子成像分辨率：≤1nm(15KV，WD≥4mm)，≤1.3nm(1KV)；元素分析采用珀金埃尔默公司ICP
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种β
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MnO2的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将退役锰酸锂电池正极片置于碱性溶液中进行超声搅拌，待活性物质锰酸锂从铝箔上完全脱落后，将铝箔与碱液分离后分别进行回收；(2)将步骤(1)中的活性物质锰酸锂过滤分离后进行干燥；(3)将步骤(2)中得到的活性物质锰酸锂与酸按一定比例混合，并置于水热釜中反应，过滤分离得到固相，烘干固相得到β
‑
MnO2。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述酸为硫酸；所述硫酸的浓度为0.3～3.0mol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐军华，张玉人，张志城，张雨来，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：