[发明专利]一种将废旧锌锰干电池高效回收制备水系电池正极材料的方法

说明书

本发明涉及一种废旧锌锰干电池的高效回收制备水系电池正极材料的方法。先将废旧锌锰干电池进行机械拆解，并将正、负极废料分离并单独粉碎。称取一定量的固体碱与分散剂混合并搅拌均匀，得复合碱液。将粉碎后的正、负极废料按照一定的比例混合，放入复合碱液中浸泡并室温搅拌反应一段时间得到浆料。将所得浆料抽滤或离心分离粉体和滤液（上清液），回收滤液（上清液）以反复使用。分离所得粉体先用稀酸洗涤液洗涤数次，再用水和乙醇洗涤，最后干燥可回收得到用作水系电池正极的材料。本发明首次报道了一种将废旧锌锰干电池中正负极废料按一定比例混合并通过室温碱液处理，即可简便高效制得含碳水系电池正极材料的回收方法。该法既可有效解决了废旧干电池污染环境、回收能耗大的问题，又为制备复合型锰基水系电池正极提供了一种新思路。

技术领域

本发明涉及一种高效的锌锰干电池回收方法，特别涉及到一种基于废旧干电池高效回收制备水系电池正极材料的方法。

背景技术

近几年，我国年均报废碱性锌锰干电池近400亿只。对于废旧干电池的后处理仍以填埋处理为主，这极易造成化学品泄漏和土壤并地下水污染，同时造成数十万吨锌、锰基材料的资源浪费。调研发现，废旧干电池中电极材料以混合型锌锰氧化物、碱性氢氧化钾、碳和粘结剂为主。目前已公布的废旧锌锰干电池回收技术主要有两类方式：一类是湿法，即通过酸溶解电极材料，再调节pH值，化学沉积或电沉积进一步回收关键锰等元素。如CN112259754.B公开了一种加酸和氧化剂体系对正极活性材料加压浸出的方法，得到了浸出率98.9%的含锰浸出液；CN107180977.B 公开了一种从酸性溶解液中获得ZnS并电解获得MnO₂的方法。另一类是火法，即通过高温焚烧去除电极材料中的有机粘结剂和导电碳，同时使金属及其化合物发生氧化反应，以冷凝的形式回收低沸点的金属及其化合物，对炉渣中的金属采用筛分、热解、磁选或化学方法等进行进一步回收；CN100480184.C 公开了一种通过破碎、干馏、溶解、纯化等操作从碱性锌锰干电池中分别回收NH₄Cl、Zn(ZnO)、MnSO₄化学品的方法。已有的废旧干电池电极材料回收工艺都涉及强酸（碱）溶解、后续沉淀和分离，或者高温焚烧或电解处理，最终得到MnSO₄（CN202011140468.2）、MnO₂（CN201610445907.8）、LiMn₂O₄（CN103746127B）等含锰化合物。近些年，还有少数专利报道将废旧电池的电极废料回收直接用于电化学领域，如CN202010006813.7单独回收了正极废料，经清洗后再煅烧掺Na⁺获得Na_0.44MnO₂，并运用于钠离子电池；CN201811111468.2将电池中的正极废料回收得到ZnMn₂O₄和碳混合的碳包并运用于钠离子超级电容器。此外，电极材料ZnMn₂O₄大多还是以锰盐和锌盐的水溶液为基底合成，如CN202011582949.9采用氨水调节pH值形成沉淀并煅烧的方法，少有固相-固相转化合成ZnMn₂O₄的报导。

综上，未有专利或文献报导直接将废旧干电池正、负极废料通过简便的室温液相处理得可控比例的Zn_xMn₂O₄-MnOOH-C复合材料，并直接用作水系电池正极材料。针对现有技术不足，本发明首次报道了将废旧锌锰干电池中正、负极电极废料进行室温碱液处理，可控高效地全回收正负极中的Zn、Mn和C等元素，并将回收材料直接用于为水系电池正极材料的方法。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，以复合碱液为主体，实现对废旧干电池正负极废料的共同可控高效低耗回收利用，并将回收材料直接制备水系电池正极材料的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用复合碱液从废旧锌锰干电池电极废料中回收材料。其特征在于：回收所得材料可直接作为水系电池正极材料运用，其中包括水系锌离子体系、水系钠离子体系、水系镁离子体系等。