一种废旧锰酸锂正极材料的回收利用方法技术

本发明专利技术提供了一种废旧锰酸锂正极材料的回收利用方法，属于废旧锰酸锂正极材料回收技术领域。本发明专利技术首先将废旧锰酸锂正极材料和硫酸混合后进行水热反应，得到二氧化锰和洗涤液；然后将洗涤液和碳酸氢铵反应，得到碳酸锰和硫酸锂；最后将二氧化锰、硫酸锂和一水氢氧化锂混合后顺次进行烧结处理、洗涤和回火处理，即可得到回收的锰酸锂正极材料。本发明专利技术通过调控反应温度和反应时间可以得到二氧化锰、球形碳酸锰和硫酸锂，实现了锰和锂的有效回收。以回收的锰和锂，再添加一水氢氧化锂可以重新制得锰酸锂正极材料，并且锰酸锂正极材料具有优异的电化学性能。具有优异的电化学性能。具有优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧锰酸锂正极材料的回收利用方法


[0001]本专利技术属于废旧锰酸锂正极材料回收
，尤其涉及一种废旧锰酸锂正极材料的回收利用方法。

技术介绍

[0002]随着锂电池使用时间的增加，材料结构将逐渐被破坏，电化学性能衰减。近年来已经产生了大量的废旧锂离子电池。锂离子电池通常由金属/金属氧化物，有机化学物质，金属壳等组成。如果不对废旧锂离子电池妥善处理，将会对人体健康和环境造成严重损害。同时，废旧锂离子电池的回收具有巨大的经济效益。废旧锂离子电池可以看作是富含锂，镍，钴，锰等金属的富矿。从环境保护和资源再生的角度来看，废旧锂离子电池具有巨大的经济效益和环境保护价值。
[0003]目前，针对废旧锂离子电池回收的研究主要分为以下三种工艺：火法冶金工艺，湿法冶金工艺和生物冶金工艺。火法冶金工艺主要是通过高温处理燃烧掉电池组件中的粘合剂和碳，从而分离出活性物质。火法冶金过程简单易行，但具有能耗较高和产生废气等缺点。生物冶金通过生物真菌的代谢过程选择性地提取了锰、钴、锂、镍等金属元素。然而，生物冶金对金属浓度、温度和其他外部因素敏感，并且浸出率不高，这需要不断的研究和改进。湿法冶金被认为是回收废旧锂离子电池的有效方法。湿法冶金工艺的关键部分是浸出过程，通过酸(HCl，H2SO4，HNO3)和还原剂(H2O2)的协同作用，降低了过渡金属的价态，实现了过渡金属的有效浸出。H2O2作为还原剂的有效性毋容置疑，但是H2O2存在稳定性不好、易爆炸、危险性高等缺点。可见，废旧锂离子电池回收的三种工艺中存在各种问题，亟需提供一种工艺简单、操作方便的废旧锰酸锂正极材料的回收利用方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种废旧锰酸锂正极材料的回收利用方法，以解决现有技术中废旧锰酸锂正极材料回收利用过程中存在的工艺复杂、能耗高、产生废气和浸出率不高的技术问题。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种废旧锰酸锂正极材料的回收利用方法，包括如下步骤：
[0007](1)将废旧锰酸锂正极材料和硫酸混合后进行水热反应，得到二氧化锰和洗涤液；
[0008](2)将步骤(1)的洗涤液和碳酸氢铵反应，得到碳酸锰和硫酸锂；
[0009](3)将步骤(1)的二氧化锰和步骤(2)的硫酸锂、一水氢氧化锂混合后顺次进行烧结处理、洗涤和回火处理，即可得到回收的锰酸锂正极材料。
[0010]作为优选，所述废旧锰酸锂正极材料和硫酸的质量体积比为2～3g：15～25mL，其中硫酸的浓度为1mol/L。
[0011]作为优选，所述步骤(1)中，水热反应的温度为100～200℃，水热反应的时间为10～30h。
[0012]作为优选，所述步骤(2)中，洗涤液中锰离子和碳酸氢铵的摩尔比为1:1～2。
[0013]作为优选，所述步骤(2)中，反应的温度为20～30℃，反应的时间为5～10。
[0014]作为优选，所述步骤(3)中，二氧化锰、硫酸锂和一水氢氧化锂的摩尔比为2:0.5～1.5:1～1.1。
[0015]作为优选，所述步骤(3)中，烧结处理和回火处理在氧气气氛中进行。
[0016]作为优选，所述步骤(3)中，烧结处理时升温速率为1～3℃/min，温度为800～900℃，保温时间为10～14h。
[0017]作为优选，所述步骤(3)中，回火处理时首先在60～100℃保温4～6h，之后升温至700～800℃保温5～6h，升温速率为1～3℃/min。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019](1)本专利技术提供的回收利用方法，工艺简单和成本低，适用于工业化生产。
[0020](2)本专利技术通过调控反应温度和反应时间可以得到二氧化锰、球形碳酸锰和硫酸锂，实现了锰和锂的有效回收。
[0021](3)本专利技术采用回收的锰和锂，再添加一水氢氧化锂可以重新制得锰酸锂正极材料，并且锰酸锂正极材料具有优异电化学性能。
[0022](4)本专利技术提供的废旧锰酸锂正极材料的回收利用方法能够实现资源的循环再利用，并减少环境污染。并且本专利技术提供的回收利用方法对合成设备要求低，操作简单，生产工艺无特殊要求，环境友好。
附图说明
[0023]图1为实施例1～4在不同水热反应条件下得到的二氧化锰的XRD图；
[0024]图2为实施例1～4在不同水热反应条件下得到的二氧化锰的SEM图；
[0025]图3为实施例4制得的碳酸锰的SEM图；
[0026]图4为实施例4的回收的锰酸锂正极材料的XRD图；
[0027]图5为实施例4的回收的锰酸锂正极材料的电化学性能图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种废旧锰酸锂正极材料的回收利用方法，包括如下步骤：
[0029](1)将废旧锰酸锂正极材料和硫酸混合后进行水热反应，得到二氧化锰和洗涤液；
[0030](2)将步骤(1)的洗涤液和碳酸氢铵反应，得到碳酸锰和硫酸锂；
[0031](3)将步骤(1)的二氧化锰和步骤(2)的硫酸锂、一水氢氧化锂混合后顺次进行烧结处理、洗涤和回火处理，即可得到回收的锰酸锂正极材料。
[0032]在本专利技术中，所述废旧锰酸锂正极材料和硫酸的质量体积比为2～3g：15～25mL，优选为2.2～2.8g：18～22mL，进一步优选为2.715g：20mL；其中硫酸的浓度为1mol/L。
[0033]在本专利技术中，废旧锰酸锂正极材料和硫酸混合时优选在搅拌条件下进行，其中搅拌的转速为800～1000rpm，优选为850～950rpm，进一步优选为900rpm；搅拌的时间为0.5～1h，优选为0.5h。
[0034]在本专利技术中，所述步骤(1)中，水热反应的温度为100～200℃，优选为120～190℃，进一步优选为160～180℃；水热反应的时间为10～30h，优选为12～28h，进一步优选为14～
24h。
[0035]在本专利技术中，所述步骤(2)中，洗涤液中锰离子和碳酸氢铵的摩尔比为1:1～2，优选为1：1～1.5，进一步优选为1：1。
[0036]在本专利技术中，所述步骤(2)中，反应的温度为20～30℃，优选为22～28℃，进一步优选为25℃；反应的时间为5～10h，优选为6～9h，进一步优选为7～8h。
[0037]在本专利技术中，所述步骤(3)中，二氧化锰、硫酸锂和一水氢氧化锂的摩尔比为2:0.5～1.5:1～1.1，优选为2:0.6～1.2:1.02～1.08，进一步优选为2:0.8～1.0:1～1.05。
[0038]在本专利技术中，所述步骤(3)中，烧结处理和回火处理在氧气气氛中进行。
[0039]在本专利技术中，所述步骤(3)中，烧结处理时升温速率为1～3℃/min，优选为2℃/min；温度为800～900℃，优选为820～880℃，进一步优选为850℃；保温时间为10～14h，优选为11～13h，进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧锰酸锂正极材料的回收利用方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将废旧锰酸锂正极材料和硫酸混合后进行水热反应，得到二氧化锰和洗涤液；(2)将步骤(1)的洗涤液和碳酸氢铵反应，得到碳酸锰和硫酸锂；(3)将步骤(1)的二氧化锰和步骤(2)的硫酸锂、一水氢氧化锂混合后顺次进行烧结处理、洗涤和回火处理，即可得到回收的锰酸锂正极材料。2.根据权利要求1所述的回收利用方法，其特征在于，所述废旧锰酸锂正极材料和硫酸的质量体积比为2～3g：15～25mL，其中硫酸的浓度为1mol/L。3.根据权利要求1或2所述的回收利用方法，其特征在于，所述步骤(1)中，水热反应的温度为100～200℃，水热反应的时间为10～30h。4.根据权利要求3所述的回收利用方法，其特征在于，所述步骤(2)中，洗涤液中锰离子和碳酸氢铵的摩尔比为1:1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：董鹏，张宝，张雁南，张英杰，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：