探究锂离子电池锰酸锂正极材料的制备与废旧锰酸锂正极材料的回收利用

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1、合肥工业大学硕士学位论文锂离子电池锰酸锂正极材料的制备与废旧锰酸锂正极材料的回收利用姓名：马世闯申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：张卫新20090401锂离子电池锰酸锂正极材料的制备与废旧锰酸锂正极材料的回收利用摘要纳米结构锰酸锂因存在大量的嵌锂空间和较短的离子扩散路径等优点，而具有优良的电化学性能。锰酸锂正极材料在充放电过程中，随着锂离子的脱嵌和入嵌会产生体积膨胀与孔洞效应，使得材料具有较大比表面积和多孔结构。通过化学方法脱出锰酸锂中的锂离子，可以制备出性能优异的Mn02催化剂，为废旧锂离子电池的回收处理提供了新途径。前期研究工作中，本研究组以Y—MnOOH为前驱体，通过水热

2、法分别在氧化气氛和还原气氛下制备了单斜晶系Li2Mn03纳米棒和正交晶系LiMn02纳米棒。在此基础上，本论文进一步研究了Li2Mn03和LiMn02的电化学性能，结果表明，最大放电容量分别达到了133mAh·g。和170mAh-g～，50次循环之后，材料的容量保持率分别为60％和59％。分别以自制的单斜晶系Li2Mn03和立方晶系LiMn204为前驱体，通过酸浸脱锂成功制备了锰氧化物催化剂，为此方法应用于废旧电池正极材料的处理打下了基础。采用XRD和TEM等对酸浸脱锂产物进行了分析表征，结果表明所得产物均为棒状纳米结构的仅一Mn02和13-Mn02。探索了不同晶形结构的Mn02在处理

3、亚甲基蓝模拟染料废水中的应用。结果显示，a—Mn02和p．Mn02催化降解亚甲基蓝的脱色率分别达到了86％和98％，相比于市售Mn02催化降解亚甲基蓝5l％的脱色率，有显著的提高。并且所制备的催化剂的催化效率也较市售Mn02有很大的提高。以废旧锰酸锂电池正极材料为原料制备锰氧化物。探讨了废旧锰酸锂电池正极材料的回收处理工艺，分别采用原位转化和水热酸浸脱锂制备了Mn02催化剂，并将其用于催化合成乙酸异戊酯。研究了原位转化反应的酸浓度和反应时间对制备的九．Mn02催化剂催化活性的影响；探索了乙酸异戊酯反应的最佳酯化条件以及催化剂的重复利用效率。九．Mn02催化剂的最大酯化率可达94．62％

4、。实验还探索了水热酸浸脱锂制备的Mn02的晶型和形貌转变过程，并比较了不同晶型Mn02对乙酸异戊酯合成反应的催化活性。关键词：锰酸锂；电化学性能；原位转化；Z．-Mn02；酯化Preparationoflithiummanganateandtherec0Very0tCathodemateriallrom●●’‘’一spentlithium—ionbatteryAbstractNanostructuredlithiummanganateshaveexcellentelectrochemicalperformancebecauseoftheirlargespaceforlithiumion

5、intercalationandshortpathforlithiumionstodiffusethroughthesolidphase．Inthechargeanddischargeprocesses，thevolumeandporosityoflithiummanganatesincreasewithlithiumionintercalationanddeintercalation．Byleachinglithiumionsoutfromlithiummanganatesviathechemicalroute，excellentMn02catalystcanbemade．Thisp

6、rovidesanewmethodfortherecoveryofcathodematerialfromspentlithium—ionbattery．Inourpreviousresearchwork，monoclinicLi2Mn03nanorodsandorthorhombicLiMn02nanorodswerepreparedbasedonthenanostructuredprecursorY—MnOOHbyhydrothermaloxidationandreductionmethod，respectively．Inthispaper，wegoafurthersteptoinv

7、estigatetheelectrochemicalperformanceoftheas—preparedlithiummanganeseoxides．TheresultsshowthatthefirstdischargecapacitiesbasedontheLi-Li2Mn03batteriesandtheLi—LiMn02batteriesarel33mAh‘g’1andl70mAh’g一，respectively．After50cycl