【摘要】：根據(jù)液相化學(xué)制備原理、材料化學(xué)合成原理和磁學(xué)理論,利用光譜學(xué)方法和顯微分析技術(shù),充分運(yùn)用化學(xué)工藝學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程及環(huán)境工程等理論知識(shí),在對(duì)廢舊堿性鋅錳電池和廢舊鋰離子電池溶解和處理的同時(shí),借助紅外光譜儀(IR)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-AES)、X-射線(xiàn)衍射儀(XRD)、同步熱分析儀(TG/DSC)、掃描電鏡-能譜儀(SEM-EDS)、透射電鏡(TEM)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)等手段研究了以廢舊堿性鋅錳電池和廢舊鋰離子電池為原料制備鐵氧體材料和三元鋰離子電池正極材料�？疾榱瞬煌苽浞椒▽�(duì)制備材料微觀結(jié)構(gòu)和磁性能的影響,從而確定適宜的制備工藝,并提出干凝膠自蔓延燃燒法的燃燒機(jī)理和溶膠凝膠法合成材料的機(jī)制。初步認(rèn)識(shí)制備方法對(duì)制備材料微觀結(jié)構(gòu)和磁性能的關(guān)系。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)對(duì)于廢舊堿性鋅錳電池,首先,對(duì)其在硝酸溶液中溶解條件進(jìn)行研究,并通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化溶解條件,最終得出在硝酸中溶解的適宜條件為:硝酸濃度6mol/L,液固比13.6,雙氧水質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%,反應(yīng)溫度60℃,反應(yīng)時(shí)間25 min。然后,以上述溶解溶液為原料,檸檬酸為凝膠劑,通過(guò)溶膠-凝膠自蔓延燃燒法和微波輔助加熱相結(jié)合制備出錳鋅鐵氧體材料。借助相關(guān)技術(shù)手段對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行表征。IR和TG/DSC檢測(cè)結(jié)果顯示溶膠-凝膠自蔓延燃燒過(guò)程的實(shí)質(zhì)是發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。研究表明,將錳鋅鐵氧體前驅(qū)體粉末在120℃條件下微波加熱15 min,即可獲得具有尖晶石結(jié)構(gòu)的錳鋅鐵氧體材料,該方法制備產(chǎn)品的飽和磁化強(qiáng)度比單一通過(guò)溶膠-凝膠自蔓延燃燒過(guò)程制備錳鋅鐵氧體的飽和磁化強(qiáng)度高7倍。(2)對(duì)于廢舊鋰離子電池,首先用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為超聲溶劑對(duì)正極材料進(jìn)行處理,正極材料活性物質(zhì)完全可以同鋁箔集電體分離。將分離的正極材料活性物質(zhì)在750℃條件下煅燒4 h,得到煅燒后產(chǎn)品;用濃硝酸對(duì)其進(jìn)行微波輔助加熱處理,過(guò)濾,得到浸出殘留物。采用相關(guān)技術(shù)手段對(duì)處理產(chǎn)物進(jìn)行組成和結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果顯示:含碳有機(jī)物和聚偏氟乙烯(PVDF)在煅燒階段能被除去。利用微波消解對(duì)煅燒后產(chǎn)品進(jìn)行消解處理,鈷酸鋰正極材料基本可以完全溶解。超聲波超聲機(jī)理為超聲波空化作用,加速對(duì)流運(yùn)動(dòng)。其次,優(yōu)化被分離的鋁箔集電體在氫氧化鈉溶液中的溶解條件,得到溶解鋁箔的適宜條件為:氫氧化鈉濃度1 mol/L,反應(yīng)溫度50℃,反應(yīng)時(shí)間15 min,固液比0.05 g/mL,pH值為8。另外,本實(shí)驗(yàn)分別通過(guò)干灰化法和微波消解法對(duì)廢舊鋰離子電池隔膜進(jìn)行處理,采用ICP-AES同時(shí)測(cè)定隔膜中Zn、Pb、Cd、Mn、Fe、Mg、Ca、Cu、Na 9種金屬元素,目的在于建立處理和測(cè)定隔膜中金屬元素的分析方法。結(jié)果顯示:ICP-AES測(cè)定兩種方法處理的隔膜金屬元素含量相差不大;不同隔膜中金屬元素含量存在差異,Ca和Na在兩種鋰電池隔膜中含量最高,Mg和Fe含量次之,Cu和Zn含量最少。該研究為隔膜中金屬元素的資源化提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和分析方法。最后,以硝酸溶解廢舊鋰離子電池正極材料為原料,分別以乙二醇和檸檬酸為凝膠劑,通過(guò)溶膠-凝膠法制備出具有尖晶石結(jié)構(gòu)的Co_(0.8)Fe_(2.2)O_4磁性材料。借助相關(guān)技術(shù)手段對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、晶型、形貌、樣品磁性能進(jìn)行表征。推測(cè)乙二醇制備鈷鐵氧體的機(jī)理是凝膠劑先和金屬反應(yīng)生成金屬絡(luò)合物;隨著溶液氫氧根濃度的增加,生成混合氫氧化物沉淀;經(jīng)煅燒處理,生成鈷鐵氧體。檸檬酸制備鈷鐵氧體的機(jī)理是溶膠-凝膠自蔓延燃燒過(guò)程發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。結(jié)果顯示:乙二醇和檸檬酸參與條件下制備出的Co_(0.8)Fe_(2.2)O_4飽和磁化強(qiáng)度分別為61.96 emu/g和52.49 emu/g。又以檸檬酸為凝膠劑通過(guò)鎳摻雜制備出的Co_(0.8)Fe_(2.2)O_4飽和磁化強(qiáng)度可達(dá)到58.65 emu/g。摻雜鎳后鈷鐵氧體飽和磁化強(qiáng)度增加的原因是鎳離子半徑比鈷離子半徑小,易于占據(jù)鈷離子在四面體中的A位,提高了晶體中離子排列的有序度。(3)以混合廢舊堿性鋅錳電池和鋰離子電池為材料,成功制備出LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2鎳鈷錳三元鋰離子正極材料。整個(gè)研究包括混合電池的溶解過(guò)程,共沉淀過(guò)程,煅燒過(guò)程,電池制備過(guò)程和電池充放電測(cè)試過(guò)程。對(duì)制備的LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2鋰離子電池正極材料的成分、形態(tài)和電化學(xué)性能通過(guò)ICP-AES、FT-IR、XRD、SEM-EDS和藍(lán)電電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行表征和測(cè)試。結(jié)果顯示:制備LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2鎳鈷錳三元鋰離子正極材料的適宜條件是:共沉淀pH值為8,煅燒溫度為850℃,煅燒時(shí)間為10 h,此外,LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2鎳鈷錳三元鋰離子正極材料首次放電容量為160.2 mAh/g,庫(kù)侖效率為99.8%。
【圖文】：

廢舊堿性鋅錳電池和廢舊鋰離子電池H)＋H2O＋OH－Mn(OH)4－)4－＋e Mn(OH)42－H－Zn(OH)2＋2e2＋2OH－Zn(OH)42－O2＋2H2O＋4OH－Mn(OH)42－＋Z電池的結(jié)構(gòu)及廢舊電池成分正極金屬頂帽

第一章 緒 論工作原理及廢舊電池成分池工作原理離子從正極材料中脫嵌，經(jīng)過(guò)隔膜和電解液，嵌入到負(fù)。以典型的液態(tài)鋰離子為例，當(dāng)以 LiCoO2為正極材料原理為[21]： LiCoO2 Li1-xCoO2+ xLi++ xe 6C + xLi++ xe LixC6： LiCoO2+ 6C Li1-xCoO2+ LixC6電池的主要成分負(fù)極端墊片（包裝）
【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：X705

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳獻(xiàn)宇;堿性鋅錳電池的工作原理及研究進(jìn)展[J];湖南有色金屬;2001年S1期

2 謝紅衛(wèi);徐益軍;黃偉;;提高堿性鋅錳電池抗震動(dòng)性能的研究[J];電池工業(yè);2006年01期

3 陳來(lái)茂;陳永心;;堿性鋅錳電池發(fā)展綜述[J];電池工業(yè);2006年02期

4 鄧潤(rùn)榮;;堿性鋅錳電池負(fù)極凝膠劑的應(yīng)用[J];電池工業(yè);2006年05期

5 徐毅;陳端云;李清湘;;堿性鋅錳電池用鋅粉的現(xiàn)狀及發(fā)展[J];電池工業(yè);2011年05期

6 謝華林;聶西度;;堿性鋅錳電池用鋅粉中雜質(zhì)元素的質(zhì)譜分析[J];電池;2012年04期

7 譚春娥,魏昶,何藹平;堿性鋅錳電池?zé)o汞化的發(fā)展[J];云南冶金;2001年01期

8 張淑珍,劉建峰;無(wú)汞堿性鋅錳電池貯存期漏液原因探討[J];安徽化工;2003年03期

9 李運(yùn)清;席國(guó)喜;徐鵬;;廢舊堿性鋅錳電池粉末在鹽酸中的溶解研究[J];平原大學(xué)學(xué)報(bào);2005年06期

10 馬華;李春生;程方益;周春遠(yuǎn);高峰;陳軍;;鋅多面體微球制備及其在堿性鋅錳電池中的應(yīng)用[J];電化學(xué);2006年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 李清湘;吳濤;;堿性鋅錳電池用無(wú)汞鋅粉的性能特點(diǎn)[A];全國(guó)電池?zé)o汞化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2001年

2 黃啟明;李偉善;;廢舊堿性鋅錳電池的回收與利用[A];第十三次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（下集）[C];2005年

3 李誠(chéng)芳;;汞對(duì)堿性鋅錳電池鋅負(fù)極的作用[A];全國(guó)電池?zé)o汞化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2001年

4 梁朝湘;何鎮(zhèn)權(quán);;堿性鋅錳電池負(fù)極集流體的定能量焊接[A];全國(guó)電池?zé)o汞化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2001年

5 黎鳳鳴;;引進(jìn)與吸收——淺析我廠(chǎng)堿性鋅錳電池?zé)o汞化的發(fā)展之路[A];全國(guó)電池?zé)o汞化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2001年

6 張清順;常海濤;黃益福;;淺談堿性鋅錳電池的技術(shù)革新[A];中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)2002年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2002年

7 呂東生;李偉善;邱仕洲;;無(wú)汞堿性鋅錳電池負(fù)極緩蝕劑研究方法[A];全國(guó)電池?zé)o汞化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2001年

8 曾祥政;楊林;黎學(xué)明;徐星亮;;稀土金屬對(duì)堿性鋅錳電池性能的影響[A];中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)2002年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2002年

9 趙志強(qiáng);;無(wú)汞鋅粉的研究與生產(chǎn)[A];全國(guó)電池?zé)o汞化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2001年

10 白永蘭;李偉善;黎鳳鳴;張世涌;邱仕洲;;堿性鋅錳電池負(fù)極鋅粉緩蝕劑[A];中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)2002年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2002年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 詹俏俏;我國(guó)應(yīng)普及使用堿性鋅錳電池[N];中國(guó)環(huán)境報(bào);2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 楊理;廢舊堿性鋅錳電池和廢舊鋰離子電池資源化研究[D];河南師范大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 丁淑榮;無(wú)汞扣式堿性鋅錳電池研究[D];中南大學(xué);2007年

2 吳濤;堿性鋅錳電池用無(wú)汞鋅粉研制及工藝研究[D];中南大學(xué);2004年

，

本文編號(hào)：2634560