【《锂电池中各类物质的回收及其实验方法分析》2300字】

锂电池中各类物质的回收及其实验方法分析1.1实验仪器和药品1.1.1药品和试剂本实验所涉及的药品和试剂如表2-1所示:表2-1药品与试剂药品名称化学式纯度厂家3mol/L硫酸H2SO4分析纯天津科密欧化学试剂6mol/L盐酸HCl分析纯天津科密欧化学试剂柠檬酸C6H8O7分析纯天津天力化学试剂氢氧化钠NaOH分析纯天津大茂化学试剂硫代硫酸钠Na2S2O3分析纯西陇化工氯化钠NaCl分析纯天津博迪化工磷酸钠Na3PO4分析纯沈阳试剂三厂碳酸钠Na2CO3分析纯天津大茂化学试剂无水乙醇CH3COH分析纯天津天力化学试剂1.1.2仪器和设备本实验所涉及的主要仪器设备如表2-2所示:表2-2主要实验仪器主要仪器设备型号厂家电子天平AL204梅特勒-托利多仪器分析天平CP512奥豪斯仪器电热恒温鼓风干燥箱DHG-9070A上海一恒电热炉DL-1天津泰斯特仪器电热恒温水浴锅DF-101S龙口先科仪器循环水式真空泵SHZ-D(III)巩市予华仪器X-射线粉末衍射仪X'pertPRO/PANalytica荷兰帕纳科台式高速离心机TG16-WS湖南湘仪器实验室仪器1.2外壳与内部物质的分离 A浸泡放电处理B 正负极集流体及碳纸C电池外壳图2-1锂电池前处理示意图对于废弃锂电池用电解质溶液浸泡时间的对比实验，我分别尝试了多种浸泡时间，对于浸泡时间少于24小时的废弃锂离子电池，在我拆解过的程中大部分会冒出烟雾，少部分会产生小火光。所以，应该尽量保持锂离子电池在电解质溶液中的浸泡时间在24时以上，而在浸泡36小时以及48小时后进行拆解的时候同样没有任何反应，所以我用24小时作为最合适的浸泡时间。1.3负极材料的处理负极的铜箔与活性碳的附着比较脆弱，所以我将负极材料放到烧杯中，进行温水浴，温度维持在50℃上下，通过磁力搅拌器的搅拌将铜箔上的活性碳剥离，10分钟左右铜箔便可以与活性碳分离的较为干净。用玻璃棒将未分离开的活性碳手动分离后，可先将铜箔取出放到烘干箱中烘干，后将剩下的液体进行抽滤，将得到的活性碳放到烘干箱中进行烘干处理。1.4正极材料的处理1.4.1正极集流体的回收正极材料中包含过多的铝元素，根据铝的两性决定用碱溶液溶解铝箔，利用氢氧化钠跟铝的反应，从而使活性物质从铝箔上脱落，然后对溶液加酸性溶液调整溶液的pH值，使得偏铝酸钠溶液变成Al(OH)3絮状沉淀，真空抽滤然后干燥，形成Al(OH)3固体物质。具体的反应方程式如下：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2H2SO4+2NaAlO2+H2O=2Al(OH)3+Na2SO4具体的实验步骤如下：首先先用天平称取8g的氢氧化钠固体放入烧杯中加入200ml的去离子水，加入转子后放到水浴锅中进行升温，升温到90℃，配置成浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液，然后将拆解出来的正极材料剪成小块，依次放入烧杯中进行溶解。可以观察到正极材料溶解到氢氧化钠溶液中，烧杯中同时产生大量气泡，等到正极材料全部溶解后关闭搅拌器静置一会，发现溶液上有一层黑色的正极活性物质。将溶液抽滤得到黑色的活性物质以及NaAlO2溶液，先将正极活性物质放入无水乙醇中浸泡。然后快速用3mol/L的硫酸调整NaAlO2溶液的pH值到5-6左右，可以看见在滴加硫酸的时候溶液中有白色絮状物产生，发现到pH值到5以下的时候白色絮状物开始减少停止滴加，静置等白色絮状物沉淀。倒掉上层的清水后将溶液放到烘箱烘干。然后拿出在无水乙醇中的正极活性物质，放入烘箱烘干后，称量后放入马弗炉，在600℃的条件下灼烧两小时，取出再次称量。1.4.2正极活性物质的研究1.4.1.1Na2S2O3和H2SO4还原LiCoO21.实验原理LiCoO2可以溶解于硫酸溶液中，而且Na2S2O3在酸性的条件下具有很强的还原能力，可以将LiCoO2中三价的钴离子还原成二姐的钴离子，具体的反应方程式如下：8LiCoO2+22H++S2O32-=8Li++8Co2++11H2O+2SO42-1.实验过程将高温灼烧后的正极活性物质称取后放入烧杯中，加入配置好的氢离子浓度为3.5mol/L的酸性溶液中，加入转子，将温度设定为95摄氏度，加入适量硫代硫酸钠，加热酸浸三小时左右后将其过滤。将滤液中加入氢氧化钠溶液调整pH值至不再出现蓝色沉淀生成，之后将溶液抽滤，将得到的母液加入过量碳酸钠固体，此时将溶液加热至100摄氏度附近，加热搅拌，之后将溶液趁热离心，回收离心后的白色固体，将其烘干研磨。1.4.1.2柠檬酸和硫代硫酸钠还原LiCoO21.实验原理柠檬酸具有三个氢离子，虽然在水中无法完全电离，但是还是可以给反应提供所需要的酸性环境。而且相比较于常规的柠檬酸与过氧化氢的组合，在过氧化氢体系中升高反应温度既会加快LCoO2还原溶解的速度,另一方面也会加快过氧化氢的分解速度,这样的话还原效率就会降低。而且硫代硫酸钠在酸性水溶液中不稳定,其分解产物为亚硫酸和单质硫,但这两种产物都具有比过氧化氢更强的还原力,因此硫代硫酸钠比过氧化氢具有更好的还原效率[15]。1.实验过程先取适量的柠檬酸固体配置成一定浓度的柠檬酸溶液，将其升温至一定温度后，加入之前高温灼烧的正极活性物质，然后加入转子和硫代硫酸钠，进行酸浸。三十分钟后，将溶液过滤后，将母液加入之前配置好的氢氧化钠溶液，发现有蓝色沉淀生成，加入到直至没有蓝色沉淀生成，后将溶液抽滤，将得到的滤液加热到100摄氏度附近，之后加入过量碳酸钠，直至白色沉淀不再生成，之后进行趁热离心，回收离心后的白色沉淀，将其烘干研磨。1.5制备磷酸锂1.5.1实验原理根据文献查到磷酸锂的Ksp约在1的-10次方数量级，所以可以将锂离子制备磷酸锂回收。3Li2SO4+2Na3PO4→2Li3PO4↓+3Na2SO4。1.5.2实验过程将过滤掉氢氧化钴后的含锂溶液用氢氧化钠调整pH值到13左右，水浴温度调整在95℃左右，后加入计算式比值1.2倍的磷酸锂，可以观察到一下出现很多白色沉淀。水浴静置一段时间后，放入离心机中离心分离。将离心后的沉淀取出后放入烘箱中，80℃烘干。1.6灼烧正极活性物质经过前处理后得到的正极活性物质中仍然存在一定量的胶黏剂，因为胶黏剂不能彻底溶于碱性溶液中，所以为了后续实验的准确性，选择高温灼烧的办法将正极活性物质进行提纯。所以将通过在不同温度下对正极活性物质进行灼烧，记录在相同时间内、不同温度下经过灼烧的正极活性物质的前后的质量差对比，去找出最好的灼烧温度。1.7样品的表征与分析方法1