以廢舊鋅錳電池為錳源制備LiMn2O4的性能研究.pdf

1、鋅錳干電池作為一種普遍的便攜式能源,被廣泛地用于各種電子產(chǎn)品中。廢舊鋅錳干電池在使用完之后,一般被認為可回收價值低而被直接丟棄。廢舊鋅錳電池中含有錳、鐵、鋅等金屬,隨意丟棄,不但造成嚴重的金屬資源浪費,還會造成極大的環(huán)境污染。廢舊鋅錳干電池危害極大,但回收處理要求高、回收產(chǎn)品附加值低、成本高。尖晶石型錳酸鋰具有成本低、無毒、環(huán)保、比容量高等優(yōu)點,除此之外,和層狀的嵌鋰材料相比,其獨特的三維隧道結(jié)構(gòu)更有利于Li+的嵌脫,因此成為近年來研究

2、的熱點,也被認為是最有希望來替代鈷酸鋰的正極材料。但是尖晶石LiMn2O4在充放電時循環(huán)性能較差,尤其是在大電流充放電或55℃以上高溫的條件下,容量往往迅速衰減,這種缺點阻礙了其大規(guī)模應用發(fā)展。本文將廢舊鋅錳電池的回收與鋰離子電池正極材料錳酸鋰的制備結(jié)合起來。以廢舊鋅錳電池為錳源來制備經(jīng)濟價值較高的LiMn2O4正極材料。此外,本文還通過優(yōu)化錳的回收工藝及 LiMn2O4的合成方法、Co摻雜改性、F摻雜改性、F-Co復合摻雜等手段來提高

3、LiMn2O4正極材料的電化學性能。采用X-射線粉末衍射分析、掃描電子顯微鏡SEM分析、充放電循環(huán)性能測試對制備的尖晶石材料進行了表征。
　　采用干濕結(jié)合的回收技術(shù)來處理廢舊鋅錳電池,回收其中的錳、鐵、氯化銨等。探討了煅燒溫度、煅燒時間、酸濃度、酸浸時間對二氧化錳純度的影響。確定了回收二氧化錳的最佳工藝條件:煅燒溫度850℃,煅燒時間5 h,用硝酸浸取的濃度為1:1,浸取時間選擇24 h。在此條件下制備得到的MnO2純度高達97.

4、2％。
　　分別采用高溫固相法和溶膠凝膠法來制備 LiMn2O4,通過比較得出由溶膠凝膠法制備的材料純度高,結(jié)晶性能好,微粒表面光滑。溶膠凝膠法初始放電比容量為80.7 mAh·g-1循環(huán)50次后容量僅衰減3.1%。
　　采用溶膠凝膠法制備了尖晶石錳酸鋰正極材料,探討了天然有機螯合劑,不同煅燒溫度,不同鋰源對材料性能的影響,得出制備LiMn2O4的最佳條件是,蘋果酸為螯合劑,溫度700℃,LiNO3為鋰源。在此條件下制備的L

5、iMn2O4初始放電比容量為118.9 mAh·g-1,循環(huán)50次后容量衰減20.8%。
　　通過溶膠凝膠法對鈷摻雜、氟摻雜和氟-鈷復合摻雜的尖晶石正極材料進行了合成,采用XRD、SEM、充放電測試對材料進行了表征。鈷摻雜提高了材料循環(huán)性能,但降低了材料的初始容量,摻鈷量x=0.1時初始放電比容量為104.5 mAh·g-1循環(huán)50次后僅衰減了5.1%,F摻雜提高了材料的初始比容量,降低了材料循環(huán)性能,摻氟量y=0.1時初始放電比