废旧三元动力锂电池正极材料回收制备二氧化锰复合材料研究

发布时间：2020-05-12 06:50

【摘要】：随着新能源汽车行业的飞速发展及三元动力锂电池在汽车上的广泛应用,废旧三元动力锂电池回收问题日趋严重。由于三元动力电池在废弃时仍有剩余电量,使其不能直接采用破碎等方式处理;同时战略性资源镍、钴、锰等集中分布于正极集流体上,其丰度远大于自然矿产,且我国的镍、钴和锰对外依存度较高,不利于国家经济的发展,目前正极材料中镍、钴和锰等资源的回收利用已成为研究热点,但对回收产物后续利用研究较少。为了实现废旧三元动力锂电池的资源化,本论文通过采用自制负载放电器对串联动力电池模组进行放电研究,研究发现串联模组电压与电流的比值越小,放电耗时越短,单个模组的电压低于0.8 V、电流低于0.03 A时,可满足安全短路及其他后续操作要求;由于废旧三元动力锂电池的有价资源大部分集中于正极集流体上,通过对废旧三元动力锂电池正极集流体的热稳定性及金属成分含量研究发现,有氧条件下540℃时,可使聚偏氟乙烯和乙炔黑以最大速率氧化分解,同时发现正极集流体中镍、钴、锰和锂的含量分别占10.37%、4.82%、36.54%和4.32%,极具回收价值;为实现金属资源的回收,采用两种不同的浸出方法进行研究,研究结果表明,采用正极材料与1 mol·L~(-1)的硫酸用量之比为1:25(g:mL),正极材料与30%的双氧水的用量之比为1:1(g:mL),正极材料与过二硫酸钾用量比例为1:8(g:g),在90℃条件下反应3 h,能使正极材料中的镍锂钴的浸出率达到99%,同时能使正极材料中99.5%的锰元素生成α-MnO_2颗粒。为实现回收产物二氧化锰再利用,采用添加二氧化锰制备相变微胶囊,进行二氧化锰添加性能研究,研究结果表明,当二氧化锰的添加量占芯材和壁材总量的0.5%时,其包覆率达到97.24%,相变焓值达到123.5919 J·g~(-1),导热系数达到0.2374 W·(m·K)~(-1),可有效增大正十八烷相变微胶囊的潜热与导热系数。研究显示该回收再利用流程切实可行,为废旧三元动力锂电池正极材料回收再利用提供了新的研究思路。
【学位授予单位】：上海第二工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X705

【参考文献】