一种废旧锂电池高效回收镍钴锰制备电催化剂的方法技术

本发明专利技术为一种废旧锂电池高效回收镍钴锰制备电催化剂的方法。该方法将废旧锂电池拆解的正极极片进行热处理，分离得到粉状正极材料和铝箔；然后加入到深共晶溶剂中，通过氯化胆碱

【技术实现步骤摘要】
一种废旧锂电池高效回收镍钴锰制备电催化剂的方法


[0001]本专利技术属于废旧锂电池回收再利用
，具体涉及一种废旧锂电池高效回收镍钴锰制备电催化剂的方法。

技术介绍

[0002]随着电动汽车在我国的推广和使用，报废三元锂电池量逐年增加，其带来的废旧锂电池回收利用与处理的问题日趋严重。由于三元锂电池中含有锂、镍、钴、铝、锰等金属元素，是一类重要的“城市矿山”，随意丢弃不仅会造成不可再生且有价金属资源的浪费，同时会对大气、水体、土壤等造成一定的污染。因此，实现锂电池的规范回收与高效利用是推动我国可持续发展的重要部分，更是建立资源节约型、环境友好型社会的必然需求。
[0003]目前废锂的回收主要方式是火法、湿法、生物法、机械法，其中湿法冶金的金属浸出率高，回收的产品纯度高。但是湿法冶金通常需要用到无机酸，如硝酸、盐酸、硫酸等，对操作人员的身体与环境造成了威胁(Zeng,X.,Li,J.&Singh,N.Recycling of spent lithium
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ion battery:a critical review.Crit.Rev.Env.Sci.Tech.44,1129
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1165(2014).)。
[0004]深共晶溶剂被认为是一类与离子液体相关的新兴绿色溶剂，其由氢键供体和受体共晶组成。深共晶溶剂拥有低熔点、强大的溶剂化能力、可扩展的氢网络，允许金属离子配位，因此其在废旧锂电池回收有价金属元素方面具有巨大的应用潜力。但是，由于形成深共晶溶剂的分子半径大于溶液中的空隙，表现出较高的粘度与共晶点，不利于其在较低温度下对有价金属的浸取与分离。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对废旧锂电池的回收利用，提供一种高效回收镍钴锰制备电催化剂的方法。该方法通过氯化胆碱
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有机酸
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醇
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水体系的深共晶溶剂浸出镍、钴、锰、锂离子，调节醇与水的比例来达到表面活性剂的作用，并通过加入沉淀剂水热制备得到形貌均匀的、含镍钴锰的电催化剂。本专利技术采用的深共晶溶剂安全无毒、共晶温度低可在常温下配制、可循环利用的优点，制备的电催化剂均匀、催化效率高，具有很好的应用前景。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种废旧锂电池高效回收镍钴锰制备电催化剂的方法，包括以下步骤：
[0008](1)将废旧锂电池拆解的正极极片进行热处理，分离得到粉状正极材料和铝箔；
[0009](2)将步骤(1)中得到的粉状正极材料加入到深共晶溶剂中，在10～100℃下搅拌0.1～10h，得到含有镍、钴、锰、锂离子浸出液；
[0010]其中，所述的深共晶溶剂包括氯化胆碱、有机酸、醇和水，氯化胆碱和有机酸的摩尔比为2:1～1:5；水与醇的体积比为2:1～1:5；水占深共晶溶剂的质量比为5％～40％；粉末正极材料与深共晶溶剂的固溶比为1:30～1:100；
[0011]所述的有机酸为柠檬酸、抗坏血酸、乳酸中的一种或几种；醇类为甲醇、乙醇、异丙
醇、乙二醇中的一种或几种。
[0012](3)配制沉淀剂溶液，并加入到上述浸出液中，在高压釜中密闭，100～220℃下反应0.1～20h；使镍、钴、锰离子选择性沉淀，经过滤洗涤得到含镍钴锰的电催化剂；
[0013]其中，沉淀剂与溶剂的质量比1:20～1:5；沉淀剂溶液与浸出液的体积比1:1～1:10；
[0014]所述的沉淀剂为草酸、硼酸、硫脲、碳酸钠中的一种；溶剂为水与醇的混合溶液，醇类为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇中的一种或几种；水与醇的体积比为2:1～1:5。
[0015]所述废旧锂电池为三元锂电池NCM111型、NCM523型、NCM622型、NCM811型中的一种或多种。
[0016]所述的制备方法，步骤(1)中正极极片热处理的温度为200～600℃，热处理时间为1～10h。
[0017]所述的制备方法，步骤(2)中所述的浸出搅拌温度为10～100℃，搅拌时间为0.1～10h。
[0018]所述方法得到的电催化剂的应用，用于燃料电池的氧析出催化还原氧原子为氧气。
[0019]本专利技术的实质性特点为：
[0020]本专利技术采用氯化胆碱
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有机酸
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醇
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水体系的深共晶溶剂高效回收废旧锂电池中的镍钴锰。其中，氯化胆碱
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有机酸
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醇
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水体系的深共晶溶剂低温萃取锂离子电池(氢键供体有机酸能够有效的浸出金属，而氯化胆碱可以提供氯离子加快金属的溶解，乙二醇和水的添加可以降低粘度提高浸出效率并且乙二醇可以作为还原剂参与反应。)，并在水热条件下作为母液与模板剂参与催化剂的形成(溶剂本身的极性与粘度影响草酸盐各向异性的生长速度，同时由于金属离子与乙二醇和柠檬酸根的络合作用，导致金属离子与草酸根的反应较慢，生成微米棒结构的草酸盐)；醇与水的比例调节不仅降低了共晶点，并作为模板剂参与反应；
[0021]本专利技术得到的回收物，由于具有低成本，反应活性高，结构稳定的特点，可以作为高性能电催化剂。该方法工艺简单，易控制，深共晶溶剂可循环利用，合成的电催化剂均匀、催化效率高。
[0022]本专利技术具有以下优点：
[0023]1、本专利技术提供了废旧锂电池回收的新思路，即利用废旧锂电池中的三元正极材料制备高性能电催化剂，达到以废治废的目的。
[0024]2、本专利技术提出了氯化胆碱
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有机酸
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醇
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水体系的深共晶溶剂，相比于氯化胆碱
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有机酸体系，此体系可大大降低共晶温度(从69℃降至室温即可配制，共晶点的降低意味着可以节省更多成本和防止在萃取过程中深共晶溶液重结晶)，可在常温下实现深共晶溶剂的配制，过程绿色高效。
[0025]3、本专利技术可在在较低温度中实现在氯化胆碱
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有机酸
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醇
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水体系中浸出镍钴锰锂离子，后续利用沉淀剂选择性合成含镍钴锰的电催化剂，制备工艺简单，且制得的催化剂具有优异的催化性能，与工业的IrO2(过电位290mv，10mA cm
‑2的电位稳定工作)相比，在10mA cm
‑2的电流密度下具有273mV的低电位。并且能在电流密度为10mA cm
‑2的电位稳定工作20小时。
附图说明
[0026]图1为实施例1的镍钴锰草酸盐氧析出催化剂的XRD图片；
[0027]图2为实施例1的镍钴锰草酸盐氧析出催化剂的扫描电镜图片；
[0028]图3为实施例1的镍钴锰草酸盐氧析出催化剂的氧析出性能；
[0029]图4为实施例1的镍钴锰草酸盐氧析出催化剂的稳定性能；
[0030]图5为实施例2的硫化镍钴锰氧析出催化剂的扫描电镜图片；
具体实施方式
[0031]以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧锂电池高效回收镍钴锰制备电催化剂的方法，其特征为该方法包括以下步骤：(1)将废旧锂电池拆解的正极极片进行热处理，分离得到粉状正极材料和铝箔；其中，所述废旧锂电池为三元锂电池NCM111型、NCM523型、NCM622型、NCM811型中的一种或多种；(2)将步骤(1)中得到的粉状正极材料加入到深共晶溶剂中，在10～100℃下搅拌0.1～10h，得到含有镍、钴、锰、锂离子浸出液；其中，所述的深共晶溶剂包括氯化胆碱、有机酸、醇和水，氯化胆碱和有机酸的摩尔比为2:1～1:5；水与醇的体积比为2:1～1:5；水占深共晶溶剂的质量比为5％～40％；粉末正极材料与深共晶溶剂的固溶比为1:30～1:100；所述的有机酸为柠檬酸、抗坏血酸、乳酸中的一种或几种；醇类为甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇中的一种或几种；(3)将沉淀剂溶液加入到上述浸出液中，在高压釜中密闭，100～220℃下反应0.1～20h；使镍、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚平，陈明飞，薛刚，王丽，段昕辉，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：