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以废旧镍氢电池正极为原料制备镍钴铁氧体的研究

张文  
【摘要】:随着社会工业的发展,人们生活质量的提高,电池的出现为人们的生活提供了巨大的便利。我们所谓的电池,有狭义和广义之分,狭义上来说电池是将本身储存的化学能转变成电能,广义上来说是将机械能以外的能量转换成电能。通常电池包括电极、隔膜、电解液和外壳等4部分组成,其中电极和电解质是电池最主要的部分,代表了电池的最基本的组成,存在于各种各样的电子产品中,是各类电子产品的重要组成部分。我国拥有1400多家电池生产企业,而且我国也是世界上电池产量最大的国家,同时中国也是对电池需求量最大的国家,人们生活的各个领域都会看到电池的出现。本文主要讨论的是废旧镍氢电池,在二十世纪九十年代,很多国家开始竞相发展一种新型的电池,即为镍氢电池。它具有高功率、高能量、可循环充放电、适合大电流放电、污染小等优点,同时被誉为“绿色电池”。镍氢电池经常被用在镍氢电池组,用于满足便携式电子设备的需要,应用于各行各业中。如:便携式打印机、数码用品、医疗器械设备、通讯设备及仪器、仪器仪表、移动工具、液晶电视机、电动汽车以及电动玩具等。现如今,能源日益紧缺,随着电动汽车技术的日益成熟,新能源汽车已成为未来消费的趋势。镍氢电池中含有大量的镍、钴、铁、铜、锌等金属元素,同时也含有镧、铈、钕等稀土金属。镍氢电池正极材料中不含稀土元素,主要含有镍、钴、铁等金属元素,本文主要研究的是废旧镍氢电池正极材料中有回收价值的镍和钴。现实生活中随着大量废旧镍氢电池被丢弃,对环境造成的污染也愈加严重。因为镍氢电池中的镍和钴是价格昂贵的金属,因此对废旧镍氢电池的再资源化回收利用,具有很大经济价值和重要的环保意义。从废旧镍氢电池正极材料看,回收废旧镍氢电池正极材料主要是回收贵重的镍、钴元素,其工艺复杂,分离难度大,它们正是制备镍钴铁氧体的主要原料。在过去的几十年里人们对于磁性材料产生了极大的兴趣,磁性材料的需求量也大大增加,镍钴铁氧体是一种性能优良的永磁材料,耐热,抗氧化性能较好,其化学稳定性好,饱和磁化强度较高,磁晶各向异性常数较大,比较广泛应用于垂直记录材料、数据存储设备、开关、致动器、传感器、低损耗磁芯材料、改进性能的电磁设备、磁性静态波器件等等。由于镍钴铁氧体应用范围较广、产品附加值也比较高,所以对它的研究受到国内外学者的广泛关注,目前,镍钴铁氧体的制备都是从试剂或现成的化工原料开始,成本较高。因此以废旧镍氢电池为原料制备镍钴铁氧体的研究,不仅可以降低成本,更能实现废旧镍氢电池正极材料的再资源化!本文选择采用无机酸和有机酸为溶解剂来探讨废旧镍氢电池正极材料的溶解性能。利用柠檬酸溶解废旧镍氢电池的正极材料的最佳条件,制备纳米级镍钴铁氧体。研究表明:采用硫酸为溶解剂,当硫酸初始浓度为3mol/L、液固比8:1、溶解温度为85℃,溶解时间为25min时,为最佳的溶解条件,镍钴的溶解率最高,此时的溶解率为94.15%;采用柠檬酸为溶解剂,当柠檬酸浓度为2mol/L,液固比8:1,溶解温度90℃,溶解时间50min,镍钴的溶解率最高,此时溶解率为84.56%。在最佳溶解条件下,采用微波水热法,在p H=10,微波消解温度160℃,反应时间1h的条件下制备性能较好的Ni0.5Co0.5Fe2O4。采用水热法,p H=10,水热温度为140℃,反应4h,在分别采用XRD和SEM分析表征产品的晶态、组成和形貌。得到分散均匀性能良好的纳米级晶体。即为纳米级镍钴铁氧体。本论文的创新点:本文分别利用无机酸和有机酸为溶解剂,采用单因素和正交试验的方法,分别通过极差分析的方法探究影响废旧镍氢电池正极材料的溶解条件。同时选择以柠檬酸为溶解剂的最佳条件,分别采用微波水热法和水热法制备纳米级镍钴铁氧体。


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