废锂离子电池中金属的回收

论文摘要

随着锂离子电池产量和应用的增多,废弃锂离子电池的处理已经成为一个日益迫切的问题。在众多的处理方案中,再生处理是目前的研究热点,同时也是最具发展前途的方案。它不仅可以解决报废锂离子电池所带来的一系列环境问题,而且对电池中有价金属进行回收并循环利用,也有效的缓解了资源的紧张。本论文在探索试验的基础上,针对废锂离子电池组成特点,并结合实际情况,确定了电池放电处理→机械破碎→正负极分离→钴铝分离→硫酸双氧水浸出→钴锂沉淀分离的湿法工艺流程从废锂离子电池中回收有价金属铝、铜、钴、锂等。该工艺设计简单,着眼于实际应用,实现了资源的回收利用,无废物产生,对环境友好。具体的研究内容和取得的成果如下：通过预处理,将单体电池机械破碎,分离开电池正负极,正极材料在450°C焙烧2h,除去粘结剂PVDF,超声振荡2min,将钴酸锂成功从铝箔上分离,回收铝。负级材料在200°C焙烧2h,超声振荡2min,回收铜。在400°C、600°C、800°C的温度下对钴酸锂进行热处理,通过XRD和SEM分析发现,随着焙烧温度的增加,Co3O4含量逐渐增加,LiCoO2颗粒细小均匀,分散性好,易于浸出。对正极活性物质LiCoO2采用硫酸-双氧水体系浸出,成功分离乙炔黑等杂质。在单因素试验的基础上进行正交试验,结果发现：钻和锂的浸出率随着温度的升高、反应时间的增长、硫酸浓度的增加、双氧水加入量的增多而增大。确定最佳的浸出条件为：温度80℃、时间120min、酸氧比4：1、硫酸浓度4mol/L,钴和锂的浸出率达到94.3%。本文还对钻酸锂的浸出反应动力学进行了研究,由实验得出如下结论：（1）根据公式lntc=—mlnc+I,求出酸度影响级数m=0.82,因此钻浸出反应的速度与酸浓度之间的关系可表示为：说明硫酸浓度对Co2+浸取影响较大所得酸浸反应的动力学方程为：lntc=-0.82lncH++3.6812（2）根据公式可得钴浸出反应的表观活化能为17.3kJ/mol,该数值表明,钴浸出反应的控制步骤为扩散步骤。对钴酸锂浸出液中钴和锂离子进行沉淀分离实验,比较了直接合成法和过程络合法沉钴的效果,分别沉淀出α-Co（OH）2和β-Co（OH）2,并在800°C煅烧4h结晶,制备出氧化钴。用饱和的Na2CO3溶液在90℃的温度下沉锂,制备碳酸锂。通过XRD分析发现,制备的氧化钴和碳酸锂产品衍射峰尖锐,纯度较高。整个实验设计工艺简单,效率高,回收彻底,具有较好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 锂离子电池简介
• 1.1.1 锂离子电池的发展现状
• 1.1.2 锂离子电池的工作原理
• 1.1.3 锂离子电池的应用
• 1.2 锂离子电池的分类、组成和结构
• 1.2.1 锂离子电池的分类
• 1.2.2 锂离子电池的组成和结构
• 1.3 锂离子电池的性能和优点
• 1.3.1 性能和优点
• 1.3.2 市场发展趋势
• 1.4 废弃锂离子电池的回收处理
• 1.4.1 废电池的危害与资源消耗
• 1.4.2 废锂离子电池回收处理的意义
• 1.4.3 存在的问题与不足
• 1.5 本文的研究内容与意义
• 1.5.1 本文的研究内容
• 1.5.2 本研究的意义
• 第二章 实验分析及预处理
• 2.1 实验试剂、仪器和设备
• 2.2 实验分析仪器和条件
• 2.2.1 差热-热重分析
• 2.2.2 X射线衍射分析
• 2.3 溶液中钴、锂离子的测定
• 2.3.1 仪器及测试条件
• 2.3.2 标准溶液的配制
• 2.3.3 标准曲线的绘制
• 2.4 工艺流程的确定
• 2.5 废锂离子电池预处理
• 2.5.1 单体电池的处理
• 2从铝箔上分离'>2.5.2 LiCoO₂从铝箔上分离
• 2.5.3 铜箔的回收
• 2.6 实验原料钴酸锂的分析检测
• 2.6.1 原料的化学成分
• 2.6.2 XRD分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 正极材料钴酸锂的浸出试验
• 3.1 实验原理
• 3.2 实验方法与步骤
• 3.3 单因素试验
• 3.3.1 温度对于浸出率的影响
• 3.3.2 时间对于浸出率的影响
• 3.3.3 硫酸浓度对于浸出率的影响
• 3.3.4 双氧水加入量对浸出率的影响
• 3.4 正交试验
• 3.4.1 试验方法
• 3.4.2 试验结果与讨论
• 3.4.3 最佳的浸出条件
• 3.5 本章小结
• 2电极浸出动力学研究'>第四章 LiCoO₂电极浸出动力学研究
• 4.1 确定反应机理的一般方法
• 2酸浸反应步骤'>4.2 LiCoO₂酸浸反应步骤
• 4.3 浸出动力学理论分析
• 4.3.1 酸浸反应速率方程
• 4.3.2 酸浸反应的表观活化能
• 4.3.3 酸度影响级数
• 4.4 实验设计
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 硫酸浓度对钴浸出率的影响
• 4.5.2 温度对钴浸出反应的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 钻和锂的沉淀分离
• 5.1 氢氧化钴的沉淀
• 5.1.1 氢氧化钴的分类与性质
• 5.1.2 合成法直接沉钴
• 5.1.2.1 实验原理
• 5.1.2.2 实验设计
• 5.1.2.3 分析与讨论
• 5.1.3 过程络合法沉钴
• 5.1.3.1 试验设计
• 5.1.3.2 结果与讨论
• 5.1.4 合成法与络合法的对比分析
• 5.2 氧化钴的制备
• 5.2.1 实验设计
• 5.2.2 结果与讨论
• 5.3 碳酸锂的制备
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢