废旧锂离子电池回收制备MnO2及其储锌性能

彭 雪,刘培艳,夏 铭,刘媛媛

(1.烟台大学 化学化工学院,山东 烟台 264005;2.南京工业大学 化工学院,江苏 南京 211816)

0 引 言

随着我国新能源产业的快速发展,废旧锂离子电池(LIBs)的回收利用问题备受关注[1]。据预测,到2035年,全球废旧LIBs将超过676万t[2]。LIBs中含有大量Li、Co、Cu、Mn、Al和Fe等金属元素,处理不当不仅会浪费金属资源,还会对环境造成污染。因此废旧锂离子电池的无害化处理和资源化利用,具有巨大的经济、环境和社会效益。

尖晶石型锰酸锂(LiMn2O4)材料具有原料成本低、能量密度高和循环寿命长等优点,作为锂离子电池正极材料,已被广泛应用于电动汽车和携式电子产品等领域[3]。因此,人们开始积极探索经济且环保的方法,如湿法回收、干法回收等策略,从废旧LiMn2O4电池中分离回收有价值的资源[3-7]。如HAN等[8]通过焙烧强化浮选方法,从废锂离子电池中回收LiMn2O4材料,回收率高达99.40%;XU等[9]采用微波辅助的低共熔溶剂法处理废旧LiMn2O4电池,最高可实现96%的Li+和Mn2+浸出率。然而,将废旧LiMn2O4电池材料直接合成其他类型的电极材料,并用于新型储能体系的研究相对较少。

近年来,以资源丰富的金属Zn、K、Mg和Al等作为负极的新型水系二次电池,因兼具高功率密度、本质安全和绿色环保等优势,在大规模储能应用研究中受到重视。其中,金属Zn具有高理论比容量(820 mAh/g)和低平衡电位(-0.76 V vs. SHE)。因此,以金属Zn为负极的新型水系二次锌离子电池(Zn-ion batteries,ZIBs),成为后锂电时代新型储能体系的研究热点[10-13]。然而,由于Zn2+高静电斥力和水合离子半径(0.43 nm),导致正极材料存在Zn2+界面扩散受阻、易发生相变或结构破坏等问题[1-4]。……