基于廢舊鋰離子電池正極材料LiMn2O4制備MnO2及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì),鋰離子電池用量迅速增加,廢舊鋰離子電池的回收利用已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注的問題。隨著LiMn2O4電池的推廣應(yīng)用,將會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊LiMn2O4電極材料?，F(xiàn)行的回收處理方法,只是將電極材料中鋰、錳等金屬元素通過溶解.沉淀等分離工藝加以回收提純變成基本化工原料,而未能因地制宜、有的放矢地對(duì)其進(jìn)行回收處理并加以合理利用。不僅經(jīng)濟(jì)上不合算,而且也不符合我們國(guó)家所制定的資源有效利用與循環(huán)利用政策。本文以廢舊鋰離子電池LiMn2O4

2、正極材料為原料,探索有效的回收處理方法與技術(shù),在有效回收鋰元素的同時(shí),直接將LiMn2O4轉(zhuǎn)化成具有不同晶型與形貌的MnO2材料。并研究其作為一次電池和超級(jí)電容器電極材料的相關(guān)電化學(xué)性能。為廢舊LiMn2O4電極材料的回收再利用提供了新途徑。
　　 以廢舊錳酸鋰電池正極材料LiMn2O4為原料,分別采用煅燒和溶劑浸泡洗滌對(duì)前驅(qū)物L(fēng)iMn2O4進(jìn)行預(yù)處理以除去其中的粘結(jié)劑和炭黑。然后,分別在常溫常壓下和水熱條件下對(duì)其進(jìn)行酸浸處理制

3、備了不同晶型與形貌的MnO2,并研究其作為一次電池和超級(jí)電容器電極材料的相關(guān)電化學(xué)性能。利用X射線粉末衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)和恒電流充放電、循環(huán)伏安等測(cè)試手段對(duì)樣品成分、形貌和電化學(xué)性能進(jìn)行分析表征。結(jié)果顯示:對(duì)于經(jīng)煅燒或溶劑浸泡洗滌預(yù)處理的廢舊LiMn2O4,在常溫常壓下,采用0.5mol／L的H2SO4酸浸3h可制備出λ-MnO2納米顆粒；對(duì)于經(jīng)煅燒預(yù)處理的廢舊LiMn2O4,在140℃水熱條件下,采用2mol／L

4、的H2SO4酸浸24h可制得β-MnO2納米棒；而對(duì)于經(jīng)溶劑浸泡洗滌預(yù)處理的廢舊LiMn2O4,在160℃水熱條件下,采用2mol／L的H2SO4酸浸12h可制得γ-MnO2納米棒。
　　 由于不同晶型MnO2具有不同的微結(jié)構(gòu),它們作為L(zhǎng)i／MnO2一次電池電極材料和超級(jí)電容器電極材料也表現(xiàn)出了不同的電化學(xué)性能。λ-MnO2納米顆粒、β-MnO2納米棒和γ-MnO2納米棒作為L(zhǎng)i／MnO2一次電池電極材料,在截止電壓為2V時(shí),它

5、們的放電比容量分別為142mAh／g、275 mAh／g和236mAh／g。此外,它們作為對(duì)稱型超級(jí)電容器的電極材料也表現(xiàn)出良好的超級(jí)電容特性。在1mol／L的Na2SO4電解液中,恒流充放電性能顯示:β-MnO2納米棒比容量為85.7F／g,λ-MnO2納米顆粒比容量為140.6 F／g；循環(huán)伏安性能顯示:β-MnO2在50mV／s的掃描速率下具有明顯的超級(jí)電容特性,比容量為37.4 F／g,而前驅(qū)物溶劑浸泡洗滌預(yù)處理和煅燒預(yù)處理后制

6、備的λ-MnO2在2mV／s的掃描速率下具有明顯的超級(jí)電容特性,且比容量均較大,分別為125.1 F／g、107.2 F／g。
　　 過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物ZnMn2O4是新型功能無機(jī)材料,具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及表面特性,是一種重要的催化劑,對(duì)酯化反應(yīng)具有較高的催化活性。以廢舊鋅錳干電池電極材料為原料,分別采用固相煅燒和液相共沉淀法成功制備出粒徑在10～50nm、分散均勻的znMn2O4納米粉體。并研究將其作為催化劑,對(duì)乙酸和正丁醇合成乙