[发明专利]利用废旧锂离子电池制备低场强高性能镓掺杂钴铁氧体磁致伸缩材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用废旧锂离子电池制备低场强高性能镓掺杂钴铁氧体磁致伸缩材料的方法，将废旧锂离子电池拆分、酸浸，充分沉淀正极材料中的Co²⁺、Fe³⁺；将沉淀物用硝酸溶解，补充加入化学计量比的硝酸钴、硝酸铁和硝酸镓，再加入柠檬酸，调节溶液的pH进行溶胶‑凝胶过程；将凝胶干燥后加入乙醇点燃进行自蔓延燃烧得到Ga_xCoFe₂O₄粉末；粉末中加入聚乙烯醇溶液压制成圆柱，650℃煅烧7h冷却，1200℃烧结6h制得磁致伸缩Ga_xCoFe₂O₄器件。本发明二次利用废旧锂离子电池，降低环境污染的同时避免了金属资源的浪费，降低了材料制备的成本，合成方法简单，周期短，节约能耗，制得的磁致伸缩材料性能优良。

技术领域

本发明属于固体废弃物再资源化及磁致伸缩材料的制备技术领域，具体涉及一种利用废旧锂离子电池制备低场强高性能镓掺杂钴铁氧体磁致伸缩材料的方法。

背景技术

废旧锂离子电池含有大量的Co、Fe、Ni、Li等金属，Co含量约为60%。近年来，国内外学者对废旧锂离子电池的回收利用越来越受到重视，但其中大多数存在工艺过程复杂，二次污染严重，成本高，附加值低产品。在本发明中，我们可以把废旧锂离子电池变成宝物。钴铁氧体由于其高磁晶各向异性和Co^{2 +}离子的高自旋轨道耦合，在氧化物材料中表现出最高的磁致伸缩性。在实际应用中，磁致伸缩系数(λ)及其导数(dλ/dH)是非常重要的磁致伸缩参数，尤其是在低磁场强度下，(dλ/dH)代表了磁致伸缩的灵敏度。

尖晶石结构的钴铁氧体阳离子在晶格中的分布存在A位和B位之分。当更多钴在B位时对磁性和磁致伸缩性能更为有利。而在纯钴铁氧体中钴离子在A、B位均有存在。而镓离子更倾向于A位，因此，本发明中不同于传统的操作是将镓离子单纯地掺入进去，而不取代任何阳离子，致使金属离子重新分配，掺杂后钴铁氧体的晶胞对称性和内部应力发生改变，从而影响铁氧体的结构，改善磁致伸缩性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种利用废旧锂离子电池制备低场强高性能镓掺杂钴铁氧体磁致伸缩材料的方法，该方法通过镓掺杂使钴铁氧体在低磁场的条件下获得较大的磁致伸缩性，并且制备过程简单、成本低廉、经济高效且制得的产品性能优良。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，利用废旧锂离子电池制备低场强高性能镓掺杂钴铁氧体磁致伸缩材料的方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将拆分后的废旧锂离子电池正极材料溶解在含H₂O₂的摩尔浓度为3.5mol/L的硫酸溶液中，调节pH值使Co²⁺、Fe³⁺充分沉淀，过滤后的滤渣用硝酸溶解；

（2）将步骤（1）中溶解滤渣所得溶液用原子吸收分光光度计测得溶液中的Co²⁺、Fe³⁺的含量，补充加入Co(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O和Ga(NO₃)₃·6H₂O等硝酸盐使各离子的摩尔比Ga³⁺:Co²⁺:Fe³⁺=x:1:2，其中x为0.1-0.4，再加入柠檬酸使其与金属离子摩尔总量比为1:1，搅拌使其充分溶解；

（3）将步骤（2）中完全溶解的溶液于60℃用氨水调节pH=6.5，并升温至80℃凝胶，直至凝胶形成后于110℃干燥得到干凝胶；

（4）将步骤（3）中得到的干凝胶中加入乙醇并引燃，开始自蔓延燃烧得到Ga_xCoFe₂O₄黑色粉末；