基于废旧三元锂离子电池的锰基催化剂制备及催化性能研究

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随着新能源汽车的迅速发展,废旧三元动力锂离子电池的回收与资源化问题得到广泛关注。锰是三元锂离子电池正极材料中含量最高的金属,因此,研究如何回收利用锰元素将有利于提高回收产物的经济价值。本研究分别采用氨浸和酸浸两种方法浸出废旧三元锂离子电池正极材料,研究了以废旧三元锂离子电池正极材料浸出后的氨浸渣和酸浸液为原料制备锰基催化剂的工艺条件,对回收得到的锰基催化剂的晶型、形貌以及催化性能等分析,并分别采用球磨和煅烧法对锰基催化剂进行活化,提高锰基催化剂的催化性能,本研究为废旧三元锂离子电池正极金属的回收与资源化提供了新思路。本研究的主要研究内容及结论如下:(1)采用氨浸法对正极活性物质进行浸出处理,得到的氨浸渣主要成分为(NH42Mn(SO32·H2O,氨浸渣在900 oC下煅烧1h后转化为Mn3O4以及NiMn2O4。颗粒粒径D50为79.6μm,利用其催化H2O2降解亚甲基蓝(MB),催化反应240 min后的MB降解率仅为11%。(2)采用球磨法对氨浸渣煅烧得到的锰基催化剂进行活化处理,球磨之后,锰基催化剂的晶型基本不变,晶粒尺寸变小且晶格应变增大。球磨15 min之后颗粒粒径D50从79.6μm减小至18μm,比表面积增加,催化性能提升,催化反应240 min后的MB降解率从11%提升至41.2%。(3)采用酸浸法对正极活性物质进行浸出处理,所得酸浸液中锰离子的浓度为4824 mg/L。利用过硫酸铵氧化沉淀法从酸浸液中分离锰元素制得锰基催化剂,确定其最佳工艺条件为pH=1,温度80 oC,反应时间6 h,S2O82-和Mn2+的摩尔比=2。在该条件下得到的锰基催化剂为δ-MnO2和γ-MnO2混合晶相,其微观形貌为直径约7μm的球状晶体,比表面积为118.4 m2/g,且含有3%的Co以及0.5%的Ni,催化效果良好,催化反应20 min后MB降解率可达80%。(4)采用煅烧法对从酸浸液中提取的锰基催化剂进行活化处理,研究结果表明,高温煅烧后,晶型发生转变,在300 o C下煅烧2 h后转变为ε-MnO2,500 oC下煅烧2 h后晶型转变为α-MnO2,且比表面积下降。晶型的转变促使其催化性能提升,催化反应30 min后MB降解率可达100%。
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