基于废旧锂离子电池正极材料LiMn2O4制备MnO2及其电化学性能研究.pdf

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1、基于废旧锂离子电池正极材料LiMn204制备Mn02及其电化学性能研究SynthesisofMn02nanomaterialsfromspentLiMn204batteriesandstudyofitsrelatedelectrochemicalproperties2011年4月合肥工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：(工作单位、职称)主席：委员：彳私矗，、导I囝唧彻幸、芝考、款旁王参坪啼斜侈移各卿‰名．刁钦丽镌Wu—’。。‘‘‘‘。。‘‘。‘。’。

2、‘。}独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆工些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位敝储糠倪蹿字眺埘悻宁月母学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解佥起王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅

3、。本人授权佥胆王些盔兰L可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)签字日期≯I1年归7日工作覃位：撕蝴铡c／铂潮躐电话：通讯地址：嘶钆留-牧_)I吖I牵菩蝴区-f缸蚀目邮编：?“丝扩越纪亢通f孑扩毛形和互寻；∥月倪呻。年名彳签切撇刎文期沦日位字学登基于废旧锂离子电池正极材料LiMn204制备Mn02及其电化学性能研究摘要进入21世纪，锂离子电池用量迅速增加，废旧锂离子电池的回收利用已经成为国内外普遍关注的

4、问题。随着LiMn204电池的推广应用，将会产生大量的废旧LiMn204电极材料。现行的回收处理方法，只是将电极材料中锂、锰等金属元素通过溶解．沉淀等分离工艺加以回收提纯变成基本化工原料，而未能因地制宜、有的放矢地对其进行回收处理并加以合理利用。不仅经济上不合算，而且也不符合我们国家所制定的资源有效利用与循环利用政策。本文以废旧锂离子电池LiMn204正极材料为原料，探索有效的回收处理方法与技术，在有效回收锂元素的同时，直接将LiMn204转化成具有不同晶型与形貌的Mn02材料。并研究其作为一次电池和超级电容器

5、电极材料的相关电化学性能。为废旧LiMn204电极材料的回收再利用提供了新途径。以废旧锰酸锂电池正极材料LiMn204为原料，分别采用煅烧和溶剂浸泡洗涤对前驱物LiMn204进行预处理以除去其中的粘结剂和炭黑。然后，分别在常温常压下和水热条件下对其进行酸浸处理制备了不同晶型与形貌的Mn02，并研究其作为一次电池和超级电容器电极材料的相关电化学性能。利用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和恒电流充放电、循环伏安等测试手段对样品成分、形貌和电化学性能进行分析表征。结果显示：对于经煅烧或溶剂浸泡洗涤预

6、处理的废旧LiMn204，在常温常压下，采用O．5mol／L的H2S04酸浸3h可制备出九．Mn02纳米颗粒t对于经煅烧预处理的废旧LiMn204，在140℃水热条件下，采用2mol／L的H2S04酸浸24h可制得J3-Mn02纳米棒；而对于经溶剂浸泡洗涤预处理的废旧LiMn204，在160℃水热条件下，采用2mol／L的H2S04酸浸12h可制得丫．Mn02纳米棒。由于不同晶型Mn02具有不同的微结构，它们作为Li／Mn02一次电池电极材料和超级电容器电极材料也表现出了不同的电化学性能。九．Mn02纳米颗粒、

7、]3-Mn02纳米棒和y-Mn02纳米棒作为Li／Mn02一次电池电极材料，在截止电压为2V时，它们的放电比容量分别为142mAh／g、275mAh／g和236mAh／g。此外，它们作为对称型超级电容器的电极材料也表现出良好的超级电容特性。在1mol／L的Na2S04电解液中，恒流充放电性能显示：p-Mn02纳米棒比容量为．．85．7FLg，X-Mn02-纳米颗粒比容量为140．6F／g；循环伏安性能显示：]3-Mn02在50mV／s的扫描速率下具有明显的超级电容特性，比容量为37．4F／g，而前驱物溶剂浸泡洗

8、涤预处理和煅烧预处理后制备的九。Mn02在2mV／s的扫描速率下具有明显的超级电容特性，且比容量均较大，分别为125．1F／g、107．2F／g。过渡金属复合氧化物ZnMn204是新型功能无机材料，具有独特的结构及表面特性，是一种重要的催化剂，对酯化反应具有较高的催化活性。以废旧锌锰干电池电极材料为原料，分别采用固相煅烧和液相共沉淀法成功制备出粒径在10"-'50nm、分散均匀的ZnM