從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法
【專利摘要】本發明公開了一種從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法，其是將含鎳廢棄電池粉末于水浴鍋中加熱，加入95%的發煙硝酸，離心攪拌，過濾，取過濾液于水熱反應釜中，再加入表面活性劑與工業氨水，再將水熱反應釜，加熱反應10～20h，得到沉淀，再將沉淀洗滌、烘干、研磨，即得到具有菊花狀結構的氫氧化鎳超細粉末。本發明制備的氫氧化鎳具有菊花狀、高純度、粒子尺寸均勻等優點，同時，本發明制備方法一是直接從電子廢料中提取制備氫氧化鎳，克服了我國鎳原料短缺的問題，二是采用水熱法制備粒子尺寸均一、菊花狀氫氧化鎳，克服球形氫氧化鎳容量小等問題，適應鎳氫動力電池大容量、輕質量發展的需求。
【專利說明】從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種從廢棄電池制備氫氧化鎳電極材料的方法，尤其涉及一種從廢棄電池中回收電子廢棄物，制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法。
【背景技術】
[0002]我國的鎳、鈷資源缺乏，國家每年都要用大量外匯進口鎳礦及深加工資源，隨著礦產資源這種不可再生資源的耗竭，有色金屬今后的重點將轉向廢棄物中有色金屬的回收利用。廢舊鎳氫、鎳鎘電池及其生產廢料和電鍍行業固體廢棄物中含有重金屬鎳、鈷、稀土金屬等，若不加以回收處理，不僅對環境造成極大的污染，而且浪費了國家戰略性的金屬資源。在資源日趨緊張的今天，廢舊二次電池及其生產廢料的回收再利用不僅能節約有限的金屬礦產資源，有利于國民經濟的可持續發展，而且從勘探、開采、選礦到冶金出金屬的全過程對環境的影響綜合考慮，則廢舊二次電池的資源化利用綜合成本更低，其意義更加明顯。
[0003]鎳氫電池是一種新型高能蓄電池，是電動車開發應用過程中具有現實運用性的動力源。與其他高能量電池體系如鈉硫、鋰離子、聚合物鋰離子電池相比，鎳氫電池所具有的耐過充和過放能力、無污染、低造價及高比能量和大電流充放電優勢，使其成為電動汽車的首選電源。而對于動力型鎳氫電池，電池的體積和質量比容量、大電流充放電能力、循環性能以及其在不同環境下的使用性能成為制約其發展的主要因素。為了解決上面提到的種種問題，作為電池重要組成部分的活性材料尤其是電池的正極材料的性能和處理成為了影響電池性能提高的“瓶頸”問題。作為鎳氫電池的正極，鎳電極要適應更大的充放電電流，滿足更苛刻的使用環境，比能量要成倍提高，因此，開展對鎳電極活性物質氫氧化鎳的研究具有十分重要的現實意義。目前氫氧化鎳主要問題是:(I)比電容量偏低；(2)顆粒的粒徑分布不均且晶粒較大，因而堆積密度不是很高；(3)晶型結構不利于電極大電流充放電及循環壽命的提高。由于氫氧化鎳不僅是鎳氫電池的正極材料，也是Ni/Cd、Ni/Fe、Ni/Zn電池的正極材料，因此，研究氫氧化鎳的制備工藝，生產出高性能的氫氧化鎳電極材料不僅可以提高鎳氫電池的電化學性能，也可以使其它鎳系列電池的整體性能有較大提高。
[0004]目前尚未見到用電池廢棄物制備花狀高純氫氧化鎳電池正極材料的報道，花狀氫氧化鎳較之球狀氫氧化鎳比表面積大，有助于提高電池容量。隨著動力汽車高容量化輕質量化要求，花狀高純氫氧化鎳電極材料開發將越來越受到人們關注。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法，制備的氫氧化鎳具有菊花狀、高純度、粒子尺寸均勻等優點，該制備方法一是直接從電子廢料中提取制備高純度氫氧化鎳，克服了我國鎳原料短缺的問題，二是采用水熱法制備粒子尺寸均一、菊花狀氫氧化鎳，克服球形氫氧化鎳容量小等問題，適應鎳氫動力電池大容量、輕質量發展的需求。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法，包括以下步驟:
(1)將含鎳廢棄電池粉粹至100目后稱取100克置于500ml燒杯中，用量筒量取200ml蒸餾水加入到上述燒杯中，磁力攪拌，將燒杯放入水浴鍋中，水浴加熱到60?80°C ；
(2)用量筒量取濃度為95%的發煙硝酸50ml加入到上述燒杯中，放到磁力攪拌器上磁力攪拌，轉速控制在500?800r/min，繼續攪拌60min，溫度保持在60?80°C;然后自然冷卻；
(3)用離心機分離上述固液混合體系，量取過濾液200ml轉入水熱反應釜制得組分A；
(4)用移液管量取水浴鍋中蒸餾水20?30ml于小燒杯中，加入表面活性劑0.1?0.5mmol，加入工業氨水50_80ml，用玻璃杯攪拌均勻得到組分B ；
(5)將組分B緩慢加入到組分A中，磁力攪拌均勻；
(6)將水熱反應釜，在180?250°C下反應10?20h，得到沉淀；
(7)將步驟(6)得到的白色沉淀用蒸餾水、無水乙醇洗滌數次，用超聲波清洗機超聲5?20min，抽濾數次，然后將抽濾得到的沉淀放入干燥箱，在80?100°C下干燥16?24h研磨后得到具有菊花狀結構的氫氧化鎳超細粉末。
[0007]進一步的，所述步驟(I)中:水浴加熱溫度為70°C。
[0008]進一步的,所述步驟(2)中:磁力攪拌轉變為600r/min。
[0009]進一步的，所述步驟(4)中:工業氨水量為60ml，表面活性劑量為0.2mmol，表面活性劑可以為十二烷基苯磺酸鈉、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磷酸單酯二鉀鹽中的一種或幾種。
[0010]進一步的，所述步驟(6)中:溫度控制在200°C，反應時間為15h。
[0011]綜上所述，利用本發明的一種從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法具有如下優點:
(I)采用含鎳電池廢棄物為原材料制備氫氧化鎳，體現從電池中來，到電池中去，實現資源綜合利用。
[0012](2)采用水熱反應制備氫氧化鎳，制備的材料為菊花狀，粒子均一，純度高。
具體實施方案
[0013]實施例1
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法，包括以下步驟:
(1)將含鎳廢棄電池粉粹至100目后稱取100克置于500ml燒杯中，用量筒量取200ml蒸餾水加入到上述燒杯中，磁力攪拌，將燒杯放入水浴鍋中，水浴加熱到70°C ；
(2)用量筒量取濃度為95%的發煙硝酸50ml加入到上述燒杯中，放到磁力攪拌器上磁力攪拌，轉速控制在600r/min，繼續攪拌60min，溫度保持在70°C ;然后自然冷卻；
(3)用離心機分離上述固液混合體系，量取過濾液200ml轉入水熱反應釜制得組分A;
(4)用移液管量取水浴鍋中蒸餾水25ml于小燒杯中，加入表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉量0.2mmol，加入工業氨水60ml，用玻璃杯攪拌均勻得到組分B ；
(5)將組分B緩慢加入到組分A中，磁力攪拌均勻； (6)將水熱反應釜，在200°C下反應15h，得到沉淀；
(7)將步驟(6)得到的白色沉淀用蒸餾水、無水乙醇洗滌數次，用超聲波清洗機超聲15min，抽濾數次，然后將抽濾得到的沉淀放入干燥箱，在90°C下干燥20h研磨后得到具有菊花狀結構的氫氧化鎳超細粉末。
[0014]采用本發明從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法具有如下優點:
(I)采用含鎳電池廢棄物為原材料制備氫氧化鎳，體現從電池中來，到電池中去，實現資源綜合利用。
[0015](2)采用水熱反應制備氫氧化鎳，制備的材料為菊花狀，粒子均一，純度高。
[0016]實施例2
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法，包括以下步驟:
(1)將含鎳廢棄電池粉粹至100目后稱取100克置于500ml燒杯中，用量筒量取200ml蒸餾水加入到上述燒杯中，磁力攪拌，將燒杯放入水浴鍋中，水浴加熱到60°C ；
(2)用量筒量取濃度為95%的發煙硝酸50ml加入到上述燒杯中，放到磁力攪拌器上磁力攪拌，轉速控制在550r/min，繼續攪拌60min，溫度保持在60°C ;然后自然冷卻；
(3)用離心機分離上述固液混合體系，量取過濾液200ml轉入水熱反應釜制得組分A；
(4)用移液管量取水浴鍋中蒸餾水30ml于小燒杯中，稱取表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉與聚乙二醇各0.15mmol，量取工業氨水80ml，用玻璃杯攪拌均勻得到組分B ；
(5)將組分B緩慢加入到組分A中，磁力攪拌均勻；
(6)將水熱反應釜，在230°C下反應12h，得到沉淀；
(7)將步驟(6)得到的白色沉淀用蒸餾水、無水乙醇洗滌數次，用超聲波清洗機超聲20min，抽濾數次，然后將抽濾得到的沉淀放入干燥箱，在95°C下干燥18h研磨后得到具有菊花狀結構的氫氧化鎳超細粉末。
[0017]實施例3
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法，包括以下步驟:
(1)將含鎳廢棄電池粉粹至100目后稱取100克置于500ml燒杯中，用量筒量取200ml蒸餾水加入到上述燒杯中，磁力攪拌，將燒杯放入水浴鍋中，水浴加熱到80°C ；
(2)用量筒量取濃度為95%的發煙硝酸50ml加入到上述燒杯中，放到磁力攪拌器上磁力攪拌，轉速控制在750r/min，繼續攪拌60min，溫度保持在80°C ;然后自然冷卻；
(3)用離心機分離上述固液混合體系，量取過濾液200ml轉入水熱反應釜制得組分A;
(4)用移液管量取水浴鍋中蒸餾水30ml于小燒杯中，加入表面活性劑十二烷基磷酸單酯二鉀鹽0.4mmol，加入工業氨水75ml，用玻璃杯攪拌均勻得到組分B ；
(5)將組分B緩慢加入到組分A中，磁力攪拌均勻；
(6)將水熱反應釜，在250°C下反應12h，得到沉淀；
(7)將步驟(6)得到的白色沉淀用蒸餾水、無水乙醇洗滌數次，用超聲波清洗機超聲lOmin，抽濾數次，然后將抽濾得到的沉淀放入干燥箱，在85°C下干燥16h研磨后得到具有菊花狀結構的氫氧化鎳超細粉末。
【權利要求】
1.一種從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法，包括以下步驟: (1)將含鎳廢棄電池粉粹至100目后稱取100克置于500ml燒杯中，用量筒量取200ml蒸餾水加入到上述燒杯中，磁力攪拌，將燒杯放入水浴鍋中，水浴加熱到60?80°C ； (2)用量筒量取濃度為95%的發煙硝酸50ml加入到上述燒杯中，放到磁力攪拌器上磁力攪拌，轉速控制在500?800r/min，繼續攪拌60min，溫度保持在60?80°C;然后自然冷卻； (3)用離心機分離上述固液混合體系，量取過濾液200ml轉入水熱反應釜制得組分A; (4)用移液管量取水浴鍋中蒸餾水20?30ml于小燒杯中，加入表面活性劑0.1?0.5mmol，加入工業氨水50_80ml，用玻璃杯攪拌均勻得到組分B ； (5)將組分B緩慢加入到組分A中，磁力攪拌均勻； (6)將水熱反應釜，在180?250°C下反應10?20h，得到沉淀； (7)將步驟(6)得到的白色沉淀用蒸餾水、無水乙醇洗滌數次，用超聲波清洗機超聲5?20min，抽濾數次，然后將抽濾得到的沉淀放入干燥箱，在80?100°C下干燥16?24h研磨后得到具有菊花狀結構的氫氧化鎳超細粉末。
2.根據權利要求1所述從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法，其特征在于，所述步驟(I)的水浴加熱溫度為70°C。
3.根據權利要求1所述從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，磁力攪拌轉變為600r/min。
4.根據權利要求1所述從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法，其特征在于，所述步驟(4)中，所用的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六燒基二甲基漠化按、十~■燒基硫酸納、十~■燒基憐酸單酷~■鐘鹽中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法，其特征在于，所述步驟(4)中，工業氨水量為60ml，表面活性劑用量為為0.2mmoL.
6.根據權利要求1所述從廢棄電池制備花狀氫氧化鎳電極材料的方法，其特征在于，所述步驟(6)中:溫度控制在200°C，反應時間為15h。
【文檔編號】H01M10/54GK104409791SQ201410647680
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月14日 優先權日:2014年11月14日
【發明者】尹荔松, 李新, 郭利丹, 李江, 張優靈, 王向科, 高銀留 申請人:廣東華科新材料研究院有限公司