[發(fā)明專利]一種廢舊錳酸鋰電池材料為原料的鋰離子篩及其制備方法

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• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113368808A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設計）人: 袁永順;葛夢丹;于韶梅;祖曉冬;王雪;李建生;劉炳光;石代龍;隋雨涵;張嘉誠
• 申請（專利權）人: 天津市職業(yè)大學
• 主分類號: B01J20/08
• 分類號: B01J20/08;B01J20/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種廢舊錳酸鋰電池材料為原料的鋰離子篩，其特征是一種負載在氧化鋁載體上的鋁摻雜錳系鋰離子篩填料，其化學組成為H_1.33Al_x Mn_1.67O₄﹒yAl₂O₃，其中，x＝0.03-0.33，y＝0.06-0.18；由經(jīng)過預處理的廢舊錳酸鋰電池正極材料與LiOH混合后高溫焙燒形成前驅體，進一步用稀鹽酸將前驅體脫鋰后制得；在0.5g/L氯化鋰水溶液中，鋰離子回收率為95％-98％，鋰離子篩的吸附容量為48-54mg/g，吸脫附10次后吸附容量變化小于1％，溶解損耗小于1％；所述的經(jīng)過預處理的廢舊錳酸鋰電池正極材料中金屬的質量組成為：錳50％-54％，鋰3.1％-3.5％，鋁3.1％-7.5％，銅0.1％-0.3％，鐵0.1％-0.5％。

2.權利要求1所述的一種廢舊錳酸鋰電池材料為原料的鋰離子篩，其特征是廢舊錳酸鋰電池材料中的鋁組分，不需要分離，與氫氧化鋰反應形成鋁酸鋰鹽，能提高錳系鋰離子篩的性能。

3.權利要求1所述的一種廢舊錳酸鋰電池材料為原料的鋰離子篩，其特征是廢舊錳酸鋰電池材料中的鋁組分，加工后作為粘合劑將錳系鋰離子篩粘合成型為各種形狀的鋰離子篩填料；作為錳系鋰離子篩載體，擴大錳系鋰離子篩吸附表面積，加快吸脫附速度；包覆在錳系鋰離子篩表面，降低酸性條件下脫鋰時的溶解損耗；鋁摻雜進入錳氧化物晶體結構中生成錳酸鋁，維持錳系鋰離子篩分子結構穩(wěn)定，從而延長其循環(huán)使用壽命。

4.一種廢舊錳酸鋰電池材料為原料的鋰離子篩的制備方法，其特征是包括鋰離子篩前驅體制備、鋰離子篩前驅體脫鋰和鋰離子篩循環(huán)性能評價三部分，具體步驟為：

(1)將預處理過的廢舊錳酸鋰電池正極粉末中加入LiOH溶液，控制投料摩爾比為LiMn₂O₄：LiOH：Al＝1：0.6-1：0.06-0.2，使LiOH與正極粉末中的鋁粉在50-80℃下加熱反應2-6h，直到鋁粉全部溶解生成鋁酸鋰LiAlO₂；

(2)將以上粘稠的鋁酸鋰LiAlO₂和錳酸鋰物料混勻后擠壓成直徑3-5mm的圓柱形，切斷，晾干，得到鋁酸鋰LiAlO₂粘合錳酸鋰；

(3)將鋁酸鋰LiAlO₂粘合錳酸鋰置于400-600℃高溫爐中焙燒2-4h，形成富鋰的鋰離子篩填料前驅體Li_1.33Al_x Mn_1.67O₄﹒yAl₂O₃，其中，x＝0.03-0.33，y＝0.06-0.18，高溫下LiAlO₂脫水轉化為活性氧化鋁Al₂O₃，作為錳系鋰離子篩的摻雜劑，包覆膜和載體材料；

(4)用去離子水分級浸漬鋰離子篩填料前驅體，再用0.5mol/L的鹽酸水溶液浸漬脫附鋰離子篩前驅體中的鋰離子，進一步用去離子水清洗，烘干得到氧化鋁負載的鋰離子篩填料，其化學組成為H_1.33Al_x Mn_1.67O₄﹒yAl₂O₃，其中，x＝0.03-0.33，y＝0.06-0.18；

(5)將氧化鋁負載的鋰離子篩填料裝填在直徑20-100mm，底部裝有控制閥和流量計的長玻璃管中，組成一個填料吸附柱；從吸附柱頂部循環(huán)噴淋濃度為0.5g/L的氯化鋰水溶液，定期檢測底部出液中的鋰離子濃度，出液中鋰離子濃度不再降低時填料吸附飽和；測得其飽和吸附容量為48-54mg/g；

(6)從柱頂部循環(huán)加入0.5mol/L的鹽酸水溶液，使吸附飽和的填料柱中的鋰離子脫附，定期檢測底部出液中的鋰離子濃度，出液中鋰離子濃度不再增加時脫附完全，然后用去離子水清洗脫附填料；

(7)向填料吸附柱中依次分別加入0.5g/L氯化鋰水溶液和0.5mol/L鹽酸脫附液，重復以上吸附和脫附操作，直到脫附液中鋰離子濃度達到1.5-2.0g/L；進行吸脫附循環(huán)10次，鋰離子篩的吸附容量為48-54mg/g，吸脫附10次后吸附容量變化小于1％，溶解損耗小于1％。