从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法
【专利摘要】本发明公开了一种从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法，其是将含镍废弃电池粉末于水浴锅中加热，加入95%的发烟硝酸，离心搅拌，过滤，取过滤液于水热反应釜中，再加入表面活性剂与工业氨水，再将水热反应釜，加热反应10～20h，得到沉淀，再将沉淀洗涤、烘干、研磨，即得到具有菊花状结构的氢氧化镍超细粉末。本发明制备的氢氧化镍具有菊花状、高纯度、粒子尺寸均匀等优点，同时，本发明制备方法一是直接从电子废料中提取制备氢氧化镍，克服了我国镍原料短缺的问题，二是采用水热法制备粒子尺寸均一、菊花状氢氧化镍，克服球形氢氧化镍容量小等问题，适应镍氢动力电池大容量、轻质量发展的需求。
【专利说明】从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种从废弃电池制备氢氧化镍电极材料的方法，尤其涉及一种从废弃电池中回收电子废弃物，制备花状氢氧化镍电极材料的方法。
【背景技术】
[0002]我国的镍、钴资源缺乏，国家每年都要用大量外汇进口镍矿及深加工资源，随着矿产资源这种不可再生资源的耗竭，有色金属今后的重点将转向废弃物中有色金属的回收利用。废旧镍氢、镍镉电池及其生产废料和电镀行业固体废弃物中含有重金属镍、钴、稀土金属等，若不加以回收处理，不仅对环境造成极大的污染，而且浪费了国家战略性的金属资源。在资源日趋紧张的今天，废旧二次电池及其生产废料的回收再利用不仅能节约有限的金属矿产资源，有利于国民经济的可持续发展，而且从勘探、开采、选矿到冶金出金属的全过程对环境的影响综合考虑，则废旧二次电池的资源化利用综合成本更低，其意义更加明显。
[0003]镍氢电池是一种新型高能蓄电池，是电动车开发应用过程中具有现实运用性的动力源。与其他高能量电池体系如钠硫、锂离子、聚合物锂离子电池相比，镍氢电池所具有的耐过充和过放能力、无污染、低造价及高比能量和大电流充放电优势，使其成为电动汽车的首选电源。而对于动力型镍氢电池，电池的体积和质量比容量、大电流充放电能力、循环性能以及其在不同环境下的使用性能成为制约其发展的主要因素。为了解决上面提到的种种问题，作为电池重要组成部分的活性材料尤其是电池的正极材料的性能和处理成为了影响电池性能提高的“瓶颈”问题。作为镍氢电池的正极，镍电极要适应更大的充放电电流，满足更苛刻的使用环境，比能量要成倍提高，因此，开展对镍电极活性物质氢氧化镍的研究具有十分重要的现实意义。目前氢氧化镍主要问题是:(I)比电容量偏低；(2)颗粒的粒径分布不均且晶粒较大，因而堆积密度不是很高；(3)晶型结构不利于电极大电流充放电及循环寿命的提高。由于氢氧化镍不仅是镍氢电池的正极材料，也是Ni/Cd、Ni/Fe、Ni/Zn电池的正极材料，因此，研究氢氧化镍的制备工艺，生产出高性能的氢氧化镍电极材料不仅可以提高镍氢电池的电化学性能，也可以使其它镍系列电池的整体性能有较大提高。
[0004]目前尚未见到用电池废弃物制备花状高纯氢氧化镍电池正极材料的报道，花状氢氧化镍较之球状氢氧化镍比表面积大，有助于提高电池容量。随着动力汽车高容量化轻质量化要求，花状高纯氢氧化镍电极材料开发将越来越受到人们关注。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法，制备的氢氧化镍具有菊花状、高纯度、粒子尺寸均匀等优点，该制备方法一是直接从电子废料中提取制备高纯度氢氧化镍，克服了我国镍原料短缺的问题，二是采用水热法制备粒子尺寸均一、菊花状氢氧化镍，克服球形氢氧化镍容量小等问题，适应镍氢动力电池大容量、轻质量发展的需求。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法，包括以下步骤:
(1)将含镍废弃电池粉粹至100目后称取100克置于500ml烧杯中，用量筒量取200ml蒸馏水加入到上述烧杯中，磁力搅拌，将烧杯放入水浴锅中，水浴加热到60?80°C ；
(2)用量筒量取浓度为95%的发烟硝酸50ml加入到上述烧杯中，放到磁力搅拌器上磁力搅拌，转速控制在500?800r/min，继续搅拌60min，温度保持在60?80°C;然后自然冷却；
(3)用离心机分离上述固液混合体系，量取过滤液200ml转入水热反应釜制得组分A；
(4)用移液管量取水浴锅中蒸馏水20?30ml于小烧杯中，加入表面活性剂0.1?0.5mmol，加入工业氨水50_80ml，用玻璃杯搅拌均匀得到组分B ；
(5)将组分B缓慢加入到组分A中，磁力搅拌均匀；
(6)将水热反应釜，在180?250°C下反应10?20h，得到沉淀；
(7)将步骤(6)得到的白色沉淀用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次，用超声波清洗机超声5?20min，抽滤数次，然后将抽滤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状结构的氢氧化镍超细粉末。
[0007]进一步的，所述步骤(I)中:水浴加热温度为70°C。
[0008]进一步的,所述步骤(2)中:磁力搅拌转变为600r/min。
[0009]进一步的，所述步骤(4)中:工业氨水量为60ml，表面活性剂量为0.2mmol，表面活性剂可以为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基磷酸单酯二钾盐中的一种或几种。
[0010]进一步的，所述步骤(6)中:温度控制在200°C，反应时间为15h。
[0011]综上所述，利用本发明的一种从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法具有如下优点:
(I)采用含镍电池废弃物为原材料制备氢氧化镍，体现从电池中来，到电池中去，实现资源综合利用。
[0012](2)采用水热反应制备氢氧化镍，制备的材料为菊花状，粒子均一，纯度高。
具体实施方案
[0013]实施例1
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法，包括以下步骤:
(1)将含镍废弃电池粉粹至100目后称取100克置于500ml烧杯中，用量筒量取200ml蒸馏水加入到上述烧杯中，磁力搅拌，将烧杯放入水浴锅中，水浴加热到70°C ；
(2)用量筒量取浓度为95%的发烟硝酸50ml加入到上述烧杯中，放到磁力搅拌器上磁力搅拌，转速控制在600r/min，继续搅拌60min，温度保持在70°C ;然后自然冷却；
(3)用离心机分离上述固液混合体系，量取过滤液200ml转入水热反应釜制得组分A;
(4)用移液管量取水浴锅中蒸馏水25ml于小烧杯中，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠量0.2mmol，加入工业氨水60ml，用玻璃杯搅拌均匀得到组分B ；
(5)将组分B缓慢加入到组分A中，磁力搅拌均匀； (6)将水热反应釜，在200°C下反应15h，得到沉淀；
(7)将步骤(6)得到的白色沉淀用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次，用超声波清洗机超声15min，抽滤数次，然后将抽滤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状结构的氢氧化镍超细粉末。
[0014]采用本发明从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法具有如下优点:
(I)采用含镍电池废弃物为原材料制备氢氧化镍，体现从电池中来，到电池中去，实现资源综合利用。
[0015](2)采用水热反应制备氢氧化镍，制备的材料为菊花状，粒子均一，纯度高。
[0016]实施例2
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法，包括以下步骤:
(1)将含镍废弃电池粉粹至100目后称取100克置于500ml烧杯中，用量筒量取200ml蒸馏水加入到上述烧杯中，磁力搅拌，将烧杯放入水浴锅中，水浴加热到60°C ；
(2)用量筒量取浓度为95%的发烟硝酸50ml加入到上述烧杯中，放到磁力搅拌器上磁力搅拌，转速控制在550r/min，继续搅拌60min，温度保持在60°C ;然后自然冷却；
(3)用离心机分离上述固液混合体系，量取过滤液200ml转入水热反应釜制得组分A；
(4)用移液管量取水浴锅中蒸馏水30ml于小烧杯中，称取表面活性剂十二烷基苯磺酸钠与聚乙二醇各0.15mmol，量取工业氨水80ml，用玻璃杯搅拌均匀得到组分B ；
(5)将组分B缓慢加入到组分A中，磁力搅拌均匀；
(6)将水热反应釜，在230°C下反应12h，得到沉淀；
(7)将步骤(6)得到的白色沉淀用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次，用超声波清洗机超声20min，抽滤数次，然后将抽滤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状结构的氢氧化镍超细粉末。
[0017]实施例3
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法，包括以下步骤:
(1)将含镍废弃电池粉粹至100目后称取100克置于500ml烧杯中，用量筒量取200ml蒸馏水加入到上述烧杯中，磁力搅拌，将烧杯放入水浴锅中，水浴加热到80°C ；
(2)用量筒量取浓度为95%的发烟硝酸50ml加入到上述烧杯中，放到磁力搅拌器上磁力搅拌，转速控制在750r/min，继续搅拌60min，温度保持在80°C ;然后自然冷却；
(3)用离心机分离上述固液混合体系，量取过滤液200ml转入水热反应釜制得组分A;
(4)用移液管量取水浴锅中蒸馏水30ml于小烧杯中，加入表面活性剂十二烷基磷酸单酯二钾盐0.4mmol，加入工业氨水75ml，用玻璃杯搅拌均匀得到组分B ；
(5)将组分B缓慢加入到组分A中，磁力搅拌均匀；
(6)将水热反应釜，在250°C下反应12h，得到沉淀；
(7)将步骤(6)得到的白色沉淀用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次，用超声波清洗机超声lOmin，抽滤数次，然后将抽滤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状结构的氢氧化镍超细粉末。
【权利要求】
1.一种从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法，包括以下步骤: (1)将含镍废弃电池粉粹至100目后称取100克置于500ml烧杯中，用量筒量取200ml蒸馏水加入到上述烧杯中，磁力搅拌，将烧杯放入水浴锅中，水浴加热到60?80°C ； (2)用量筒量取浓度为95%的发烟硝酸50ml加入到上述烧杯中，放到磁力搅拌器上磁力搅拌，转速控制在500?800r/min，继续搅拌60min，温度保持在60?80°C;然后自然冷却； (3)用离心机分离上述固液混合体系，量取过滤液200ml转入水热反应釜制得组分A; (4)用移液管量取水浴锅中蒸馏水20?30ml于小烧杯中，加入表面活性剂0.1?0.5mmol，加入工业氨水50_80ml，用玻璃杯搅拌均匀得到组分B ； (5)将组分B缓慢加入到组分A中，磁力搅拌均匀； (6)将水热反应釜，在180?250°C下反应10?20h，得到沉淀； (7)将步骤(6)得到的白色沉淀用蒸馏水、无水乙醇洗涤数次，用超声波清洗机超声5?20min，抽滤数次，然后将抽滤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状结构的氢氧化镍超细粉末。
2.根据权利要求1所述从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法，其特征在于，所述步骤(I)的水浴加热温度为70°C。
3.根据权利要求1所述从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，磁力搅拌转变为600r/min。
4.根据权利要求1所述从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所用的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烧基二甲基漠化按、十~■烧基硫酸纳、十~■烧基憐酸单酷~■钟盐中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，工业氨水量为60ml，表面活性剂用量为为0.2mmoL.
6.根据权利要求1所述从废弃电池制备花状氢氧化镍电极材料的方法，其特征在于，所述步骤(6)中:温度控制在200°C，反应时间为15h。
【文档编号】H01M10/54GK104409791SQ201410647680
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】尹荔松, 李新, 郭利丹, 李江, 张优灵, 王向科, 高银留 申请人:广东华科新材料研究院有限公司