[發(fā)明專利]一種廢舊堿錳電池回收再利用于一次鋅空氣電池的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810242871.2
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108376789A
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發(fā)明（設計）人: 程方益;孟晶;劉芳名;嚴振華;李海霞;陳軍
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01M6/52
• 分類號: H01M6/52;H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 廖曉榮

本發(fā)明公開了一種廢舊堿性鋅錳電池回收利用制作一次鋅空氣電池的新方法。該方法通過收集堿錳電池的正極放電產物，經過簡單的酸洗和熱處理步驟，得到的處理終產物能夠直接用作空氣電池正極活性材料。本發(fā)明的優(yōu)點是：該回收方法操作簡單，能耗低，綠色環(huán)保，產量高。所得放電產物無須復雜的處理過程，對氧還原反應具有良好的電催化活性，能成功應用于鋅空氣電池空氣電極，所組裝的鋅空氣電池具有較高的比容量和比能量，顯著增加廢棄堿性鋅錳電池再利用附加值，有利于節(jié)約資源和可持續(xù)發(fā)展。

技術領域

本發(fā)明涉及資源回收利用和電池技術領域，特別是一種廢舊堿性鋅錳電池回收再利用為一次鋅空氣電池的方法。

背景技術

我國是電池生產和消耗大國，其中堿性鋅錳電池的銷量在2015年接近40億只。根據國家政策要求，我國干電池已經基本實現了無汞化生產。2003年，原國家環(huán)境保護總局會同有關部門聯(lián)合發(fā)布《廢電池污染防治技術政策》，提出廢電池污染控制的重點是廢含汞電池、廢鉛蓄電池等；在缺乏有效回收的技術經濟條件情況下，難以集中收集一次性電池。因此，每年大量的廢舊堿錳電池被隨意丟棄，除了引起環(huán)境問題外，還造成了巨大的資源浪費，如不加以回收利用，很難實現可持續(xù)發(fā)展。

針對廢舊電池的回收，目前已有廣泛研究和報道，主要是將電池破碎后，通過物理、化學反應將電池中的金屬、化合物等分離回收，其中包括濕法冶金法、火法冶金法等。這些方法存在工藝復雜、成本高等問題，且在回收過程中需要高能耗，甚至造成二次污染。

金屬空氣電池具有高理論比容量和能量密度，應用前景突出。其中，鋅空氣電池是目前唯一規(guī)模商業(yè)化的金屬空氣電池體系，因較高的安全性和較低的成本越來越引人關注。堿性鋅錳電池放電后的正極產物經過簡單處理后主要為錳氧化物，測試表明，此錳氧化物具有良好的氧還原(ORR)催化活性，因此可以用作鋅空氣電池的空氣電極催化劑。此種方法操作方式，附加值高，為廢舊堿錳電池的回收再利用提供了新思路，也顯示出潛在的應用價值。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種全新的電池回收思路，將廢舊堿性鋅錳電池中的正極放電產物經過簡單收集處理，即可用作一次鋅空氣電池的正極催化劑，實現高附加值利用。該方法與傳統(tǒng)回收方法相比，具有方法新穎、工藝簡單、能耗較低等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術方案：

一種廢舊堿性鋅錳電池回收用作一次鋅空氣電池的方法，將放電完畢的堿性鋅錳電池的正極經簡單處理后的產物具有良好的氧還原(ORR)催化性能，可用作鋅空氣電池的正極催化劑。

所述的廢舊堿性鋅錳電池回收用作一次鋅空氣電池的方法，包含以下步驟：

(1)材料的獲得和處理：將市售堿性鋅錳電池經過放電處理后機械拆解，收集其正極放電產物并在稀鹽酸中攪拌浸洗，過濾，再用超純水清洗數次至中性，收集不溶物；將此不溶物在烘箱中干燥；隨后在空氣氣氛中煅燒得到處理終產物；

(2)測試氧還原(ORR)性能：取處理終產物與導電碳混合并研磨均勻，再滴加粘結劑和分散劑，超聲30min得到均勻分散的漿液；移取9μL漿液滴于玻碳電極上，自然晾干作為工作電極，鉑片作對電極，飽和甘汞電極為參比電極，組裝成三電極體系測試其氧還原性能；

(3)制作電池正極：取處理終產物和導電碳混合并用研缽研磨均勻，再滴加粘結劑，加入乙醇，加熱攪拌至溶液蒸干，得到具有粘性的固體團狀物，將其用玻璃管滾壓成薄片，此即為催化層；將催化層、集流體與空氣擴散層用輥壓機壓為一體作為鋅空氣電池的正極；其中催化層和空氣擴散層分別位于集流體的兩側；

(4)鋅空氣電池的組裝和測試：以上述制得的復合電極為正極、KOH為電解液、鋅為負極組裝成鋅空氣電池并用Land系統(tǒng)對裝配的鋅空氣電池進行電化學測試。