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

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MnO2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γ-MnOOH为前驱体,通过水热法分别在氧化气氛和还原气氛下制备了单斜晶系Li2MnO3纳米棒和正交晶系LiMnO2纳米棒。在此基础上,本论文进一步研究了Li2MnO3和LiMnO2的电化学性能,结果表明,最大放电容量分别达到了133 mAh·g-1和170 mAh·g-1,50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Li2MnO3和立方晶系LiMn2O4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α-MnO2和β-MnO2。探索了不同晶形结构的MnO2在处理亚甲基蓝模拟染料废水中的应用。结果显示,α-MnO2和β-MnO2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MnO2催化降解亚甲基蓝51%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MnO2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MnO2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λ-MnO2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。λ-MnO2催化剂的最大酯化率可达94.62%。实验还探索了水热酸浸脱锂制备的MnO2的晶型和形貌转变过程,并比较了不同晶型MnO2对乙酸异戊酯合成反应的催化活性。