废旧锂离子电池中的有价金属在熔盐提取过程中的电化学行为

With the application of lithium ion batteries more and more widely, it is of great social and economic significance to recover the valuable metals in lithium ion batteries to reduce the pollution to the environment and alleviate the shortage of resources. With the help of Raman spectroscopy, normal temperature and high temperature X ray diffraction technique, the existence of ions in molten salt system would be studied. Through modern electrochemical measurement techniques combined with analysis of relevant information and means of molten salt structure research and contemporary material, lithium cobalt oxide (LiCoO2), nickel (LiNiO2) acid lithium, lithium manganese oxide (LiMn2O4) and other components of the molten salts electrodeposition of Co, Ni, Mn, electrochemical reaction mechanism, reaction degree, reversible the rate controlling step and electrode polarization rule, establish mathematical model of electrochemical process, determine the scope of the process conditions of deposition and deposition mechanism.

随着锂离子电池应用的越来越广泛，回收锂离子电池中的有价金属、减少对环境造成的污染、缓解资源匮乏等问题，具有重要的社会意义和经济意义。结合拉曼光谱，常温、高温X射线衍射技术，研究熔盐体系熔融状态下离子的存在形态。通过现代电化学测量技术并结合当代材料分析手段及熔盐结构的相关信息，研究与钴酸锂（LiCoO2）、镍酸锂（LiNiO2）、锰酸锂（LiMn2O4）等组成的熔盐体系电沉积Co、Ni、Mn等的电化学反应机理、反应的可逆程度、速度控制步骤以及电极极化规律，建立电化学过程的数学模型，确定其沉积的工艺条件范围以及沉积机理。

随着锂离子电池应用的越来越广泛，回收锂离子电池中的有机金属、减少对环境造成的污染、缓解资源匮乏等问题，具有重要的社会意义和经济意义。采用熔盐电解技术，将三种锂离子电池正极材料LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4作为研究对象对其中含有的有价金属进行提取。采用电化学测试方法结合热力学计算分析了熔盐电解提取锂离子电池中有价金属的反应机理；通过恒电位电解工艺，系统研究了反应进行的动力学过程；采用两步沉淀法对熔盐中的锂进行回收，主要研究结果为：.LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4的电极反应过程均为多步反应，分别为：Co(III)→Co(II)→Co(0)，Ni(III)→Ni(II)→Ni，Mn(IV)→Mn(III)→Mn(II)→Mn；Co(III)到Co(0)的电极反应过程符合准可逆过程，反应由电活性离子扩散与得失电子混合控制；Ni(III)电化学还原过程均为不可逆—准可逆反应过程；Mn（II）还原为单质锰为扩散控速的准可逆过程；Li+在电化学反应过程中与熔盐中Cl-形成LiCl。.恒槽压电解LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4的提取Co、Ni、Mn的研究结果为：LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4的还原过程从最初的三相界限开始，受反应驱动力的影响先进行的是从高价态离子向低价态离子转变的过程，之后再还原为单质。LiCoO2、LiNiO2分别经过CoO、NiO，最后还原为Co、Ni；LiMn2O4受熔盐的影响生成CaMn2O4，先还原为二价的(MnO)x(CaO)(1-x)，且随着反应的进行，x逐渐减小，最终得到Mn。.对不同电压下的电流效率及能耗进行分析，随着恒电压的增大，电流效率逐渐降低，能耗升高；1.3V电解10h提取单质Co的电流效率为84.08%，能耗为2.16kWh•kg-1；1.4V电解时间12 h提取单质镍的电流效率为98.6%，能耗为6.57kWh•kg-1；2.6V电解12h提取单质锰的电流效率为81%，能耗为6.26kWh•kg-1。.针对对LiCoO2电解后的熔盐进行两步沉淀提锂研究，结果为：在n（H2C2O4）:n（Ca2+）=1.2:1、搅拌速率为200r∙min-1，反应时间1.5 h、反应温度70 ℃、NaOH与理论生成的HCl的摩尔比为0.7:1的条件下，草酸除钙率达到99.72%，所得草酸钙为0.3~2μm的颗