[發明專利]一種利用廢舊鋰離子電池制備鉀離子電池電極材料的方法

在審

• 申請號: 202011557972.2
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112661198A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 李麗;黃茹玲;陳人杰;林嬌;吳鋒
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;B82Y40/00;H01M4/131;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/054;H01M10/058;H01M10/54
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙靜

本發明提供了一種利用廢舊鋰離子電池制備鉀離子電池電極材料的方法。該制備方法包括：(1)將糖類溶液置于水熱釜中加熱反應，得到碳質微球；(2)將所述碳質微球分散在含鈷鹽和錳鹽的混合溶液中并進行攪拌；(3)將所述步驟(2)的產物在空氣中煅燒，最終得到三殼層空心MnCo₂O₄材料。本發明的制備方法簡單、易操作，可使用廢舊鋰離子電池正極材料的酸浸出液作為原料，節省成本，并實現資源的再生利用，且所制備的電極材料的特殊結構可以減少鉀離子和電子的擴散路徑，為電解質和金屬氧化物之間提供足夠的接觸空間，并為鉀離子提供額外的活性存儲位點，同時能緩沖材料自身的體積變化。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種利用廢舊鋰離子電池制備鉀離子電池電極材料的方法。

背景技術

與石墨基負極材料相比，低成本、環境友好的過渡金屬氧化物負極具有更高的工作電勢和理論容量，在鋰離子電池和鈉離子電池中的應用得到了深入研究。目前，作為一種新興的儲能體系，金屬氧化物材料用作鉀離子電池負極的相關研究較少。金屬氧化物納米顆粒在范德華力或靜電引力的作用下易于自聚集，導致電化學活性表面積的減少和電解質與氧化還原位點之間接觸的限制。此外，考慮到鉀離子的大尺寸，它們在鉀離子電池中的進一步發展容易受到充放電過程中大的體積波動的限制。

與此同時，大量退役鋰離子動力電池所引發的資源短缺和環境問題日趨嚴重，其電極材料中含有大量的鎳、鈷、和銅等有毒重金屬。由不適當的固體廢物處理造成的潛在環境污染亟待解決。

因此，需要提供一種利用廢舊鋰離子電池制備鉀離子電池電極材料的方法，以至少部分地解決上面提到的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用廢舊鋰離子電池制備鉀離子電池電極材料的方法

本發明所提供的一種利用廢舊鋰離子電池制備鉀離子電池電極材料的方法，包括下述步驟：

(1)將糖類溶液置于水熱釜中加熱反應，得到碳質微球；

(2)將所述碳質微球分散在含鈷鹽和錳鹽的混合溶液中并進行攪拌，過濾，收集碳質微球用于下一步煅燒；所述含鈷鹽和錳鹽的混合溶液中鈷鹽和錳鹽的摩爾比為2:1；

(3)將所述步驟(2)的產物在空氣中煅燒，最終得到三殼層空心MnCo₂O₄材料。

上述方法步驟(1)中：

優選地，所述糖類溶液為蔗糖、葡萄糖、麥芽糖和/或果糖溶液；

優選地，所述糖類溶液的溶劑為水和/或乙醇，具體可為水和乙醇體積比1:1的混合溶劑；

優選地，所述糖類溶液中糖的濃度為0.1～5mol/L，具體如0.5mol/L、1mol/L、3mol/L或4mol/L。

優選地，所述加熱的溫度為150～200℃(具體如160℃、170℃、180℃、195℃)，反應時間為1～3小時(具體如1.5小時、2小時、2.5小時)；

上述方法步驟(2)中：

優選地，所述鈷鹽具體可為四水合醋酸鈷，所述錳鹽具體可為四水合醋酸錳。

優選地，所述碳質微球與所述含鈷鹽和錳鹽的混合溶液的配比為1g：(5～100)ml。

優選地，所述含鈷鹽和錳鹽的混合溶液中鈷鹽的摩爾濃度為0.1～2mol/L。

優選地，所述鈷鹽和錳鹽取自廢舊鋰離子電池正極材料的酸浸出液。實際應用時，可通過調整鈷酸鋰與錳酸鋰的量使兩者的摩爾比為2:1

優選地，制備所述酸浸出液所使用的浸出體系為有機酸體系和/或無機酸體系。