[发明专利]利用废旧锂离子电池制备磁致伸缩材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于废旧锂离子电池再资源化及磁致伸缩材料制备技术领域，具体涉及一种利用废旧锂离子电池制备磁致伸缩材料的方法。

背景技术

锂离子电池具有一系列优良性能，具有高比能量、高功率密度、工作电压高和循环寿命长等优势，已被广泛应用于移动电话、笔记本电脑和摄像机等领域，现在又逐步向新能源汽车和电动工具类进发，市场份额显著提高。目前锂离子电池正极材料主要有LiMO₂（LiCoO₂、LiNiO₂、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂）系统、锂锰氧化物（LiMn₂O₄）系统和铁锂系统（LiFePO₄）系统。

废旧锂离子电池是日常生活中比较常见的一种固体废弃物，随着生活的进步和科技的飞速发展，废弃量逐年增加，废旧锂离子电池中含有大量的钴、锂和铁等金属，不仅会对水源和空气等环境造成严重污染，而且会造成资源大量浪费。因此，有必要将废旧锂离子电池再资源化利用。目前，许多研究人员已经在废旧锂离子电池再资源化方面做了大量的工作，一方面，在传统的资源回收方面主要就废旧锂离子电池中的贵金属分离提纯，重新作为工业原料使用；另一方面，将废旧锂离子电池粉碎后用酸液浸取，将其中的金属直接利用制作一些具有一定附加值的产品，比如金属的硫酸盐、硝酸盐等以及重新组合成钴酸锂等复合功能性材料，而利用废旧锂离子电池制备磁致伸缩材料的方法未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供了一种利用废旧锂离子电池制备磁致伸缩材料的方法，通过溶胶-凝胶-水热耦合的方法利用废旧锂离子电池制得了磁致伸缩性能较高的钴铁氧体磁致伸缩材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，利用废旧锂离子电池制备磁致伸缩材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）选择以钴酸锂和磷酸铁锂为正极材料的废旧锂离子电池，将废旧锂离子电池拆分得到的正极活性材料与硫酸/双氧水混合溶液按固液比1:2-6g/mL浸取，将浸取液过滤后用氢氧化钠调节pH=9-10，完全沉淀滤液中的Fe³⁺和Co²⁺，过滤用去离子水清洗滤渣，然后用硝酸溶解并滤去不容物；

（2）用原子吸收分光光度计测量过滤后的硝酸溶解液中的Fe³⁺和Co²⁺的含量，并用Co(NO₃)₂·6H₂O或Fe(NO₃)₃·9H₂O调节溶解液中Fe³⁺和Co²⁺的摩尔比为2:1，于80℃水浴加热，在溶解液中加入柠檬酸，其中柠檬酸与Fe³⁺和Co²⁺总摩尔量的摩尔比为1:1，调节溶液的pH=5-7，在80℃水浴中加热至溶解液呈凝胶状，将凝胶于120℃干燥至干凝胶后在200℃自蔓延处理2h得到前驱体，将前驱体放入反应釜中并加入去离子水，于140-200℃水热反应，反应产物过滤、洗涤、干燥得到钴铁氧体粉末；

（3）在钴铁氧体粉末中滴加钴铁氧体粉末质量3%-5%的质量浓度为8%-10%的聚乙烯醇粘结剂，研磨使钴铁氧体粉末与聚乙烯醇粘结剂混合均匀，然后过80-120目筛造粒，将造粒后的混合物加到直径为10mm的模具中，于10-15MPa的压力下压制成10mm*20mm的圆柱样品坯体；

（4）将圆柱样品坯体于100℃保温60min除去水分后自然冷却至室温，然后在马弗炉内以5℃/min的升温速率升温至600-650℃并保温360min除去聚乙烯醇粘结剂后随炉温降至室温，最后在高温炉内以5℃/min的升温速率升温至1300-1500℃并保温10-60min煅烧，随炉温降至室温即制得表面光滑平整的钴铁氧体磁致伸缩材料。

进一步优选，步骤（1）硫酸/双氧水混合溶液中硫酸的摩尔浓度为2-4mol/L，质量浓度为30%的过氧化氢的体积与正极活性材料的质量比为0.5-1.5:1mL/g。步骤（1）中将浸取液过滤后用氢氧化钠调节pH=9.5。

本发明具有以下有益效果：（1）废旧锂离子电池再资源化，不仅节约能源而且保护环境；（2）制得的钴铁氧体磁致伸缩材料具有较高的磁致伸缩性能，在压力传感器、制动器、非接触式传感器、声纳探索以及磁力弹射装置中具有较为显著的应用。