[发明专利]利用废旧锂离子电池制备锌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锌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、硝酸铁和硝酸锌，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Zn_xCoFe₂O₄粉末；粉末中加入聚乙烯醇溶液压制成圆柱，650℃煅烧7.5h冷却，1300℃烧结6h制得磁致伸缩Zn_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锌掺杂钴铁氧体磁致伸缩材料的方法。

背景技术

随着笔记本电脑、手机等便携电子产品的普及，锂离子电池使用量在不断攀升，但由于电池材料都有一定的使用寿命，因此，废旧锂离子电池的量也在逐年增加。目前废旧锂离子电池的处理主要集中在将正极材料中的金属元素逐一分离，工作量大且产品附加值低。以废旧锂离子电池为原料制备磁致伸缩铁氧体不仅可以充分利用正极材料中的钴、铁等环境中短缺的金属元素，同时减少分离过程的复杂程度，制得的产品在应力传感器、执行器、磁致伸缩过滤器等方面有广泛的应用，产品经济效益高。

锌元素作为一种过渡金属元素，3d轨道全部充满，不存在自旋磁矩，在纯钴铁氧体中加入Zn，而不取代其中的Co²⁺或Fe³⁺，另外，Zn²⁺比Co²⁺、Fe³⁺具有相对较大的离子半径也使掺杂后钴铁氧体的晶胞对称性和内部应力发生改变，从而影响钴铁氧体的结构，改善其磁致伸缩性能。

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锌掺杂钴铁氧体磁致伸缩材料的方法，该方法通过锌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锌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Zn(NO₃)₂·6H₂O等硝酸盐使各离子的摩尔比Zn²⁺:Co²⁺:Fe³⁺=x:1:2，其中x为0.1-0.5，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Zn_xCoFe₂O₄粉末；