锂离子电池生态环境论文提纲

2022-11-15

论文题目：温和体系浸出废弃锂离子电池正极材料钴和锂的研究

摘要：锂离子电池由于体积小、容量大、单体电压高、荷电能力强,功率承受力高等优点,被广泛应用于数码产品和储能领域。由于锂离子电池的使用寿命有限,随着电子产品的加速升级换代,将会产生大量的报废锂离子电池。如此大量的废弃锂离子电池如若不加以回收利用,不仅对生态环境造成安全隐患,而且是对资源的极大浪费。因此,高效率回收废弃锂离子电池不仅能减轻环境危害,而且能节约资源,实现有价组分的循环利用。本论文以废弃三星手机锂离子电池为研究对象,探究维生素C-稀硝酸混合体系浸出正极材料中有价金属的最佳参数,并研究该参数下金属钴和锂的浸出动力学机理。随后采用P507从浸出液中提取钴,实现钴、锂金属的分离回收。主要内容如下:（1）对废弃锂电池电极材料的预处理进行了研究,包括放电失活、手工拆解以及分离活性物质与铝箔。通过盐溶液放电实验研究,确定采用50g/L氯化钠溶液对废弃锂电池进行放电处理,8h后拆解相对安全。由于电解质Li PF6易从正负极耳中泄露,遇到水生成HF。因此,在Na Cl溶液中添加适量Na2CO3固体,不仅可以增加溶液中自由离子数量,提高导电率,而且可以中和吸收HF。（2）为了将活性物质与集流体铝箔分离,分别采用碱浸法和热处理法处理废弃锂离子电池正极片。碱浸法最佳实验条件:氢氧化钠浓度1.5 mol/L,温度60℃,固液比50 ml.g-1。TG-DTG曲线分析表明在500℃时,有机粘结剂和碳黑已基本完全分解。因此,500℃为本实验控制活性物质与铝箔分离的最佳条件。将正极片在马弗炉中以500℃焙烧2.5h后,发现钴酸锂颗粒整体分散较好,EDS图谱显示活性材料表面C、F元素含量大幅度降低,分别为5.65%和1.82%。采用XRD分析焙烧前后钴酸锂颗粒的晶体结构,结果表明热处理前后的P值无明显差别,即结构不发生改变。（3）本文采用维生素C-稀硝酸体系回收废弃电极材料中的金属钴和锂,研究最优化条件下,金属的浸出参数。酸浸试验结果表明,维生素C和稀硝酸对提高有价钴、锂金属的浸出有协同作用。在维生素C浓度0.4 mol/L,稀硝酸浓度3mol/L,固液比10g/L,温度50℃,时间50min条件下,酸浸效果最佳,此时钴的浸出率为91.01%,锂的浸出率为97.4%。通过对残渣做SEM、XRD、FT-IR分析发现,浸出残渣易集聚为团状结构,呈现絮状和纤维素状结构,主要成分为Co3O4和一些不溶杂质,表明维生素C-稀硝酸体系可有效浸出钴酸锂活性粉末中的有价金属。采用未反应收缩合动力学模型拟合维生素C-稀硝酸体系浸出正极废料过程,得到Co、Li的浸出活化能分别为28.6k J.mol-1和18.7k J.mol-1,Co的活化能比Li的活化能大约10 k J.mol-1,经过计算发现,此浸出反应的限速步骤受扩散控制及表面化学反应混合控制。（4）采用溶剂萃取-沉淀法从废弃锂离子电池正极材料浸出液中回收钴、锂。研究确定在有机相组成为30%P507+70%磺化煤油,水相初始p H为4.5,萃取剂皂化率70%,相比为1:1,温度30℃,时间10min条件下,经2次萃取,钴的萃取率为92.68%,锂的萃取率为10.86%。采用草酸铵溶液从富钴有机相中反萃取钴,得到草酸钴颗粒,将所得草酸钴在马弗炉中煅烧成Co3O4;采用碳酸钠沉淀萃余相中锂,得到纯度较高的Li2CO3。论文有图46幅,表14个,参考文献117篇。

关键词：废弃锂离子电池;钴酸锂;焙烧;浸出;萃取

学科专业：洁净能源工程

致谢

摘要

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变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 课题来源

1.3 研究内容

1.4 技术路线

1.5 论文创新点