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废旧limn2o4电池中Li、Mn金属元素的选择性分离及其封闭真空转化机制研究

废旧LiMn2O4电池中Li、Mn金属元素的选择性分离及其封闭真空转化...

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作者：肖杰锋上海交通大学

学位级别：硕士

近年来,随着电子科技、新能源技术的快速发展,锂电池产品得到了广泛使用,其产量日益剧增。大量锂电池产品的使用必然伴随着废旧锂电池的巨量报废。废旧的电池中既含有许多金属,又含有有毒有害物,因此,实现废旧电池的回收处理不仅能避免... 详细信息

近年来,随着电子科技、新能源技术的快速发展,锂电池产品得到了广泛使用,其产量日益剧增。大量锂电池产品的使用必然伴随着废旧锂电池的巨量报废。废旧的电池中既含有许多金属,又含有有毒有害物,因此,实现废旧电池的回收处理不仅能避免潜在的环境危害,又可以回收资源,实现可持续发展。本文根据锰酸锂电池各组分延展性的不同,探究了小、中试的机械分离实验对于电极材料的富集分离效果,并对所得材料进行粒径、组分的分析。实验结果表明,小、中试的机械分离实验均能够有效富集得到正、负极电极材料,其质量占比分别为32.23 wt.%和32.67 wt.%。通过热力学计算及热重实验探究发现,在1073 K温度的封闭真空环境下会发生碳热自还原转化,生成碳酸锂和一氧化锰。基于此,提出了水浸出回收碳酸锂和有氧焙烧回收四氧化三锰的回收工艺。本文对封闭真空下电极材料的自还原转化的反应进行参数优化,结果发现在973 K温度和30 min保温时间的条件下,电极材料能被有效转化。当水浸出的固液比为50 g/L时,对反应残渣进行三次浸出,Li回收率可以达到93.1%,回收得到纯度为99.7%的Li2Co3。浸出后残渣在1073 K和20 min的最优条件下反应,去除石墨后可以得到纯度为96.51%的Mn3o4。本文从晶体结构层面,提出了以氧元素为基本框架的结构坍塌型的反应机制,并通过实验验证了机理的可靠性。最后,通过经济成本核算验证了本回收工艺的经济正效益。基于以上,本文提出了“机械分离-真空热解”为核心的基本研究思路,先利用机械手段富集得到电极材料,而后在封闭真空下实现其碳热自还原转化,最后实现有价金属的选择性分离回收。本文所介绍的回收工艺无需消耗任何化学药剂,并有效解决了传统回收处理技术中处理容量低、浸出选择性差、产生大量难处理废液等问题,利于实现工业化应用,解决废旧锂电池的资源化回收处理。

关键词：废旧limn2o4电池机械处理锂锰真空热解

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