废旧锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2中有价金属的浸出及其动力学研究

摘要

采用废旧锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2为原料,以H2SO4为浸出剂,H2O2为还原剂酸浸回收有价金属Li,Ni,Co,Mn;分别考察H2SO4浓度、H2O2浓度、固液比、浸出温度和浸出时间对浸出过程的影响,结果表明:在H2SO4浓度2.5 mol·L-1、H2O23.0%(原子分数)、固液比50 g·L-1、温度45℃、反应60 min的最佳条件下,Li,Ni,Co,Mn的浸出率均超过98.5%。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜和能量色散X射线谱(SEM-EDS)对不同浸出阶段的材料进行表征,可以得出废LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2在浸出过程中形貌和结构逐渐被破坏,在浸出终点衍射特征峰基本消失,表明废LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2被浸出完全,浸出渣只剩乙炔黑和黏结剂聚偏氟乙烯(PVDF)。采用未反应核收缩模型和Avrami方程模型对浸出动力学数据进行拟合,其中Avrami方程模型显示最佳相关性拟合,动力学分析显示,在30~75℃下Li,Ni,Co,Mn 4种金属离子的活化能分别为78.39,81.63,83.07,82.66 kJ·mol-1,表明浸出过程的速率控制步骤是表面化学反应。