[发明专利]一种由废旧动力电池定向循环制备镍锰氢氧化物的方法

说明书

技术领域

本发明属于镍锰氢氧化物制备技术领域，特别涉及一种由废旧动力电池定向循环制备镍锰氢氧化物的方法和应用。

背景技术

我国《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》电动汽车累计销售到2015年达50万辆，2020年达500万辆。在国家政策的指导下，动力电池产业得到飞速发展。我国汽车行业标准规定锂离子动力电池循环寿命不少于500次，最新研究发现最好的锂离子动力电池循环寿命不超过3000次，根据国内现有纯电动公交车的运行情况来看，动力电池的寿命为3～5年。Dewulf学者分析结果发现回收锂离子电池可节约51.3%的自然资源。

消费类电子产品和动力汽车的普及促使其配套的锂离子电池向高比能量发展。正极材料直接决定锂离子电池的性能。镍锰酸锂正极材料因可观的充放电容量和优异的循环稳定性，生产和使用日益广泛，显示出巨大的市场前景。虽然原材料在焙烧前经过长时间研磨，但锂盐、镍盐和锰盐都难以达到分子级别的均匀接触，材料的均匀度较差。为了更好的合成出具有化学计量比的镍锰酸锂正极材料，常采取的解决措施是以镍锰氢氧化物，通过加入锂源焙烧制得镍锰酸锂。镍锰氢氧化物的尺寸、形貌、结构，对后续加工的镍锰酸锂的尺寸、形貌、结构有直接影响。因此，镍锰氢氧化物的性能好坏决定了镍锰酸锂的性能好坏。

定向循环资源化利用，是指在一种产品报废后，将这种产品经过合理的分解和重组，制成与原产品性能相同或相近的同类产品的一种回收利用过程。动力电池的定向循环资源化利用，是指在动力电池报废后，将动力电池材料经过元素分解，按一定配方，制备成新的动力电池材料。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种由废旧动力电池定向循环制备镍锰氢氧化物的方法，以获得优质的镍锰酸锂电池材料的前驱体。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的镍锰氢氧化物。

本发明再一目的在于提供上述镍锰氢氧化物在合成锂离子正极材料中的应用。利用该镍锰氢氧化物作为正极材料制备得到的电池具有更高的比容量，比普通镍锰氢氧化物制作的电池提高可达8%。

本发明再一目的在于提供上述由废旧动力电池定向循环制备镍锰氢氧化物的方法在循环利用废旧动力电池中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种由废旧动力电池定向循环制备镍锰氢氧化物的方法，包含以下具体操作：

（1）拆解废旧镍锰酸锂动力电池，分离正极片和负极片；

（2）将正极片破碎，加热，筛分，筛上物为铝箔，筛下物为镍锰酸锂正极材料粉末和乙炔黑；

（3）在筛下物中加酸，过滤除去乙炔黑，得到含镍、锰的混合溶液；

（4）往步骤（3）混合溶液中依次加入镍源、锰源和赋形剂；

（5）调节步骤（4）体系的pH，加入成核助剂，加热溶解，微波反应；

（6）冷却、过滤、洗涤、干燥，得到镍锰氢氧化物。

步骤（4）中所述的镍源指醋酸镍、氯化镍和硫酸镍中的至少一种。

所述的锰源指氯化锰、硫酸锰和醋酸锰中的至少一种。

所述的赋形剂指丙三醇、乙二醇、1,2,4-丁三醇、1,2-丙二醇和1,3-丙二醇中的至少一种。

所用镍源和锰源量以使添加镍源和锰源后体系中的镍元素与锰元素的摩尔比为（3～5）:1为准。

优选地，添加镍源、锰源前，利用原子吸收法测定步骤（3）溶液中的镍、锰元素含量。

所用赋形剂的质量与添加镍源、锰源后体系中镍元素、锰元素的总摩尔数之比为（30～40）g:1mol。

步骤（5）中所述的成核助剂指十六烷基三甲基溴化铵、三亚乙基二胺、二亚乙基三胺、六亚甲基亚胺和六亚甲基四胺中的至少一种。

所用成核助剂的的质量与添加镍源、锰源后体系中镍元素、锰元素的总摩尔数之比为（10～20）g:1mol。

所述的加热溶解指加热到80～90℃搅拌10～20min。

所述的微波反应指把溶解后溶液转移到水热反应釜中，用变频微波水热合成仪加热到120～200℃恒温反应2～10h。

所述的洗涤指用纯水和乙醇交替洗涤。

所述的干燥指在60℃干燥。

所述调节步骤（4）体系的pH指加入氢氧化钠调节pH至7，再加入氨水调节pH至11～13。

步骤（3）所述的酸指盐酸、硫酸和硝酸中的至少一种。

所述酸的浓度为1～3mol/L。

所用酸的量为每100～150g筛下物使用1L酸。