含钴废旧锂离子电池回收技术及中试工艺研究

摘要

便携设备的广泛应用使得作为电源的锂离子电池需求量越来越大,其中性能最好、应用最广泛的当属钴酸锂电池。大部分锂离子电池在使用几年后就会废弃,这些电池如不合理的回收会对环境和人类健康产生危害,但是废旧锂离子电池中含有不少有高经济价值金属,如钴、铜等,所以废旧锂离子电池的回收再利用能够获得一定的经济效益。
　　本篇论文主要是针对废旧钴酸锂电池的回收与再利用,从单块电池的回收做起,不断将回收规模放大、调整工艺流程,最终研究出了一条合理的工业化回收钴酸锂电池的工艺流程,找出了回收中各个步骤的最佳条件,将回收的材料重新合成了钴酸锂。
　　首先用石墨作为放电介质将废旧锂离子电池中的剩余电量放出,然后将电池粉碎,分离隔膜、外壳和正负极碎片。正负极碎片用1.5M的NaOH浸泡15min,以除掉正极集流体铝箔,碱浸后用孔径为0.5mm的筛网大孔过滤分离负极集流体铜箔和正负极活性物质,之后过滤得到正负极活性物质。用2.5M的H2SO4和H2O2体系浸泡2h以溶解钴酸锂,过滤后按1:1.2的量加沉淀剂草酸,回收钴元素,碳酸钠为沉淀剂回收锂元素。
　　将实验室回收废旧电池的工艺放大,做了废旧钴酸锂电池回收的中试实验。在中试中存在外壳不容易筛分及含有的杂质量比较多这两个困难,最终通过加强搅拌、将碱溶时间控制在15min;或者通过650℃高温处理2h解决了外壳问题,通过选取萃取剂P204实现了减少杂质离子的存在。
　　将回收的草酸钴350℃烧结6h,得到一般合成钴酸锂的原材料四氧化三钴。用四氧化三钴为钴源,氢氧化锂为锂源合成了锂离子电池正极材料钴酸锂,将其组装成纽扣电池,测试其各方面的电化学性能。在0.2C倍率放电时,初次放电比容量可达160mAh/g以上,这与商业化的钴酸锂材料放比电容量大致一致,只是循环性能下降的比较快,100个循环后比容量降到120mAh/g左右,容量量保持率在75％。针对循环性能不好的这一点,并且回收的四氧化三钴材料中含有一定的铝杂质,提出了掺杂镁、镍金属使之成为三元材料的新思路。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 锂离子电池概况

1.3 废旧锂离子电池回收的研究现状

1.4 本课题的主要研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验仪器及实验药品

2.2 材料的物理性能表征

2.3 电池材料的制备及电池组装

2.4 材料的电化学性能测试

第3章 废旧钴酸锂电池的实验室回收工艺研究

3.1 引言

3.2 废旧钴酸锂电池小规模回收工艺流程研究

3.3 回收效率的研究

3.4 本章小结

第4章 废旧钴酸锂电池回收中试工艺

4.1引言

4.2 废旧钴酸锂离子电池大规模回收过程研究

4.3 废旧钴酸锂离子电池回收效率的研究

4.4 本章小结

第5章 回收钴材料的再利用

5.1 引言

5.2 回收草酸钴的再利用

5.3 回收得到草酸钴的掺杂再利用

5.4本章小结

结 论

参考文献

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