废旧手机电池中钴酸锂的再生及电化学性能研究

哈尔滨商业大学毕业设计（论文）废旧手机电池中 LiCoO2 的再生及电化学性能研究学 生 姓 名 江丽英 指 导 教 师 谷芳 专 业 环境工程 学 院 食品工程学院 2011 年 6 月 10 日Graduation Project (Thesis)Harbin University of CommerceStudy on the regeneration and the electrochemical performance of LiCoO2 from spent mobile telephone batteriesStudent Jiang Liying Supervisor Gu fang Specialty Environment engineering School Food Engineering 2011-06- 10毕 业 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书姓名 江丽英 学院 食品工程学院班级 07-2 专业 环境工程毕业设计（论文）题目：废旧手机电池中 LiCoO2 的再生及电化学性能研究立题目的和意义：目的：钴酸锂（LiCoO 2）是锂离子电池正极材料中的主要材料。废旧锂离子电池是一种含钴较高的工业垃圾品，钴是一种资源稀少、价格较昂贵的重金属元素，并且毒性较大，会对环境造成污染。并且，钴是国民经济建设和国防建设不可缺少的重要原料之一，也是高、精、尖技术的支撑材料，其应用范围日益扩大。消耗也越来越多。但是，我国钴资源稀少，近几年，国内钴产量(含氧化钴折算为钴)已达到 600700 吨，而国内的年消费量稳定在 1200 吨左右，因此，每年需从国外进口500 吨左右。随着锂离子电池的应用越来越广泛，造成的资源严重浪费和环境污染问题也就越来越突出。因此，从废旧的锂离子电池中回收钴，不仅可以达到减轻国家对进口钴的依赖，也能达到减轻环境污染的目的。其具有一定的社会效益。意义：随着经济和科学技术的发展，钴的应用范围也日益广泛，原生钴已远远不能满足需要，因而有效地回收和利用含钴废料和废件就显得极其重要，因此从废旧锂离子电池中回收钴具有重要的意义：扩大了钴资源；降低生产能耗；节约基建投资，降低生产成本减少环境污染，增加社会效益。技术要求与工作计划：技术要求：利用固相合成法回收并再生废旧锂离子电池中的正极材料钴酸锂（LiCoO 2） ，实验方案确定后，通过单因素实验确定最优实验方案。采用高温煅烧制得最终产品运用 X射线衍射分析（XRD） ，对固相合成法合成锂离子电池正极材料钴酸锂（LiCoO 2）的结构及化学稳定性进行了分析研究。工作计划：1、查找并阅读大量相关文献2、结合文献并根据实验室的条件进行实验方案的设计3、准备仪器和试剂4、进行实验，查找设计中的不足，并即时改正5、将实验所得样品进行性能测试6、得出结论并总结实验中出现的失误、不足以及所获得经验时间安排：2011.3.232011.4.9 调研、实验准备；2011.4.102011.4.12 对废旧手机电池进行预处理；2011.4.132011.5.1 对钴锂酸电极粉末进行加酸加热溶解处理； 2011.5.12011.5.25 对含 Co2+、Li +的溶液依次加 NaOH、Na 2CO3 溶液，沉淀进行过滤，得氢氧化钴（Co(OH) 2）煅烧成四氧化钴(Co 3O4)，四氧化钴和碳酸锂(Li2CO3)混合最后进行煅烧合成钴酸锂；2011.5.262011.6.10 撰写论文，答辩。指导教师要求：通过毕业论文这一环节，使学生具备以下几个方面的能力：掌握基本的文献查阅方法，并具备阅读与课题相关的英文文献的能力同时能够对文献做出总结提出存在的问题；了解锂离子电池的基本构造及工作原理；能够根据阅读的参考文献总结提炼出实验方案，同时也要把所学的知识应用到实验当中；具备独立完成实验的能力，同时能够在实验过程中提出问题并应用所学的知识解决问题；掌握撰写论文的基本方法。总之，通过学生完成毕业论文的这一过程，使学生具备了从事科研工作的基础，同时具备从事科研工作的严谨态度；使学生的综合素质得到提高。（签字） 年 月 日教研室主任意见：（签字） 年 月 日院长意见；（签字） 年 月 日毕 业 设 计 （ 论 文 ） 审 阅 评 语一、指导教师评语：指导教师签字：年 月 日毕 业 设 计 （ 论 文 ） 审 阅 评 语二、评阅人评语：评阅人签字：年 月 日毕 业 设 计 （ 论 文 ） 答 辩 评 语三、答辩委员会评语：四、毕业设计（论文）成绩：专业答辩组负责人签字：年 月 日 五、答辩委员会主任单位： （签章） 答辩委员会主任职称： 答辩委员会主任签字： 年 月 日哈尔滨商业大学毕业设计（论文）I摘 要对废旧手机电池进行处理，回收电池中的有价金属，既增加了稀有金属钴的来源又防止废旧电池对环境的污染。本论文主要研究从废旧手机电池中回收正极材料钴酸锂的工艺方法。回收工艺过程包括：人工分解、热处理、酸浸析、湿法冶金和固相合成。人工分解手机电池后，使用 N-甲基吡咯烷酮（NMP）将电极材料和铝箔分离。通过以下不同的操作来研究酸浸析行为：温度、固液比、时间、硫酸浓度以及在反应中起氧化作用的过氧化氢的添加量。得出最佳工艺参数：硫酸浓度0.6mol/L，质量浓度 20g/L，加热温度 70，过氧化氢与硫酸体积比为 0.28，浸析时间为 35min。通过向滤液中添加 5.5g NaOH 溶液以 Co(OH)2 的形态回收钴,而锂则是通过添加饱和 Na2CO3 溶液以 Li2CO3 形式回收。用 500煅烧氢氧化钴 3h，然后以 Co/Li=1： 1.05 的比例与碳酸锂研磨混合，用 750煅烧 7h 可成功的得到黑色粉末钴酸锂。再生的钴酸锂材料首次充电容量为 146 mAhg-1，循环 30 次后为 141.25 mAhg-1，具有良好的电化学性能。关键字：湿法冶金术；废旧手机电池；正极材料；LiCoO 2哈尔滨商业大学毕业设计（论文）IIAbstractCarries on processing to the spent mobile telephone batteries, recycles in batterys valuable metal, both increased the rare metal cobalt origin and prevent the spent batteries from polluting the environment. This experiment is to research the technique of recycling the positive electrode material LiCoO2 from the spent mobil telephone batteries. A recycling process involving manual dismantling,thermal,acid leaching and hydrometallurgical has been applied to recover cobalt and lithium from spent lithium-ion batteries and to synthesize LiCoO2 as cathodic active materials. The battery rolls were treated with N-methylpyrrolidone(NMP) after manual dismantlement. The following operational variables were investigated in the acid leaching step:temperature,solid/liquid ratio,time,H2SO4 concentration and H2O2 concentration which was used as the oxidizing agent. The optimum conditions were ：sulfuric acid density 0.6mol/L, mass concentration 20g/L, the heating temperature 70, H2O2 and H2SO4 volume ratio is 0.28, the leaching time is 35min. The cobalt dissolved in the H2SO4+H2O2 solution is recovered as Co(OH)2 by addition of 5.5g NaOH，while the lithium is recoverd as Li2CO3 by addition of Na2CO3 saturation solution. With 500 calcine cobaltous hydroxide for 3h, then by the Co/Li=1:1.05 proportion and the lithium carbonate attrition mix, may succeed with 750 calcine 7h obtains the black powder cobalt sour lithium. The regeneration cobalt sour lithium material chargi