[发明专利]一种采用废旧三元动力锂电池正极材料制备二氧化锰颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备二氧化锰颗粒的方法，特别涉及一种采用废旧三元动力锂电池正极材料制备二氧化锰颗粒的方法。

背景技术

随着经济发展及环保的要求，促使能源的消费结构发生改变，减少化石燃料的消费，增加清洁能源的消费比例；国家政策的推行也促使这一转变的发生，比如：国家“863”计划设有电动汽车专项，推进电动汽车的发展，减少了石油类的化石燃料的消费；同时也推动了动力电池产业的飞速发展；车用动力电池种类有钴酸锂电池、三元锂电池、锰酸锂电池以及磷酸铁锂电池等，而目前磷酸铁锂电池和三元锂电池占据消费市场主流；三元锂电池由于其容量大、体积小而受到市场青睐，大多用于小型乘用车；反观磷酸铁锂电池，由于其正极材料的热稳定性优于三元锂电池正极材料，故而目前大型电动客车采用的电池为磷酸铁锂电池；目前，北京新能源汽车、江淮汽车、江铃汽车、奇瑞汽车、众泰汽车等已上市的新能源乘用车中，绝大部分车型均已开始采用三元锂电池；根据汽车行业最新数据统计可知：三元锂电池用于乘用车和纯电动专用车的比例在逐步增大，证明将来有更多的废旧三元动力锂电池需要回收处理。

同时二氧化锰的制备主要取自天然矿物软锰矿，普遍采用高温硫酸锰溶液电解法制取，碳酸锰矿和软锰矿均可作为原料；硫酸锰溶液的制备包括浸取、除铁、中和、除重金属、过滤、静置除钙镁等工序，经高温电解后制得粗产品，再经处理包括剥离、粉碎、洗涤、中和与干燥等过程制得合格晶；还有碳酸锰、硝酸锰热解法，由低价氧化锰与氧化剂如氯酸钠、氯气、氧气等分别组合反应直接氧化制得。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种有效的、简单的、快速的采用废旧三元动力锂电池正极材料制备α型二氧化锰颗粒的方法，本发明能极大地降低制备二氧化锰颗粒的成本，同时实现废旧三元动力锂电池正极材料的资源化。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种采用废旧三元动力锂电池正极材料制备二氧化锰颗粒的方法，所述方法包括如下步骤；

(1)正极材料热处理

将完全放电拆卸及破碎的废旧三元动力锂电池正极材料放入马弗炉加热至400℃～700℃，保持30min～60min，用于去除PVDF及乙炔黑；

(2)采用稀硫酸、双氧水配合超声清洗正极材料；

将步骤(1)中热处理后的正极材料采用0.5～1.5mol.L-1的稀硫酸、10％～30％的双氧水配合超声清洗5～20分钟；将超声清洗后的正极材料采用0.5～1.5mol.L-1的稀硫酸清洗铝箔并回收；

(3)二氧化锰颗粒的制备

将步骤(2)中的两部分液体汇集一处于75℃～95℃条件下反应50～60min；再加入的过硫酸钾固体搅拌反应80～120min，过滤洗涤，制备出α型二氧化锰颗粒，同时实现镍钴锂元素的有效浸出。

在本发明的一个实施例中，步骤(2)中超声清洗时用的硫酸用量与正极材料质量的比为5：1～15：1(L/kg)。

在本发明的一个实施例中，步骤(2)中的双氧水用量与正极材料质量的比为0.5：1～1：1(L/kg)。

在本发明的一个实施例中，步骤(2)中超声清洗后用的稀硫酸用量与正极材料质量的比为10：1～5：1(L/kg)。

在本发明的一个实施例中，步骤(3)中过硫酸钾的用量与正极材料质量的比为1.5：1～10：1(L/kg)。

在本发明的一个实施例中，步骤(3)中搅拌速度为600r/min～1500r/min。

本发明中，废旧三元动力锂电池正极材料制备α型二氧化锰颗粒主要由锰离子与过硫酸根离子在镍钴离子催化作用与硫酸条件下完成；根据锰离子与过硫酸根离子及高锰酸根分解反应方程式：

2MnSO₄+5K₂S₂O₈+8H₂O＝2KMnO₄+4K₂SO₄+8H₂SO₄

4KMnO₄+2H₂SO₄＝3O₂↑+2H₂O+4MnO₂↓+2K₂SO₄