由锰矿溢流尾矿还原浸出液制备磷酸锰铁锂/石墨烯正极材料的方法及应用

本发明涉及锂离子电池正极材料的，具体涉及一种由锰矿溢流尾矿还原浸出液制备磷酸锰铁锂/石墨烯（life0.5mn0.5po4/rgo）正极材料的方法及应用。

背景技术：

1、锰矿是国民经济发展的重要战略资源。然而，在锰矿的开发和利用过程中不可避免的会产生大量的尾矿。目前，大多数尾矿都被堆放在尾矿库，其综合利用率仅为18.9%，这不仅占用了大量土地资源，也造成了环境污染和矿产资源浪费。锰矿溢流尾矿中的主要成分为sio2，但尾矿中还含有大量的有价金属元素，如mn、fe、al、ca、k等。其中mn、fe和al元素的占比最大，分别约占17%、8%和6%（以其氧化物质量计），其综合回收利用价值较高。因此，锰矿尾矿的资源化研究和利用迫在眉睫。另外，磷酸锰铁锂作为锂离子电池正极材料被誉为磷酸铁锂正极材料的升级版，其既具有磷酸铁锂和磷酸锰锂的低成本、高安全性、高热稳定性等优点，又可以克服磷酸铁锂能量密度低的不足，其应用前景十分广阔。为此，本发明提出一种由锰矿溢流尾矿还原浸液制备高附加值、高性能的锂离子电池用life0.5mn0.5po4/rgo复合正极材料的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种由锰矿溢流尾矿还原浸出液制备高附加值、高性能的锂离子电池用life0.5mn0.5po4/rgo复合正极材料的方法。

2、具体步骤为：

3、(1) 测定锰矿溢流尾矿还原浸出液中主要元素mn、fe、al的物质的量浓度，其中mn的物质的量浓度为0.106 mol/l，fe的物质的量浓度为0.050 mol/l，al的物质的量浓度为0.015 mol/l。

4、(2) 取20 ml步骤(1)所述的锰矿溢流尾矿还原浸液放入反应器中，在常温搅拌下向反应器中加入20 ml蒸馏水并升温至70 ℃，再分别加入25~50 ml 1 mg/ml的氧化石墨烯溶液和2 ml的h2o2。

5、(3) 用1 mol/l的na3po4溶液调节步骤(2)所得的溶液的ph值至5.0，随后将所得溶液常温静置3 小时，再将所得沉淀离心洗涤至中性，最后将沉淀冷冻干燥至恒重即得到前驱体。

6、(4) 将步骤(3)所得的前驱体、li2co3和葡萄糖按摩尔比为1:0.5:0.1混合，并在行星式球磨机中以500 转/分的转速球磨12小时。然后，将上述混合物在氩气气氛中以2 ℃/分的升温速度，从室温加热至350 ℃，保温5小时，再继续升温至700 ℃，保温10小时，随炉冷却后得到life0.5mn0.5po4/rgo复合正极材料。

7、所述锰矿溢流尾矿还原浸出液为以葡萄糖为还原剂、以盐酸为浸出剂，直接还原浸出锰矿溢流尾矿所得的溶液。

8、所制得的life0.5mn0.5po4/rgo复合材料能应用于制备高性能锂离子电池。

9、本发明的优点：本发明直接利用锰矿溢流尾矿还原浸出液中的锰离子和铁离子为锰源和铁源，通过简单的化学沉淀法和后续的高温固相法合成了高性能的life0.5mn0.5po4/rgo复合正极材料，使锰矿溢流尾矿中的锰、铁源得到了高值化利用，降低了资源的浪费和对环境的污染。同时，本发明方法简便、成本低、产率高、制备条件易于控制，适用于大规模生产，制备的life0.5mn0.5po4/rgo复合材料作为锂离子电池正极材料具有较好的循环稳定性和倍率性能。

技术特征：

1.一种由锰矿溢流尾矿还原浸出液制备磷酸锰铁锂/石墨烯（life0.5mn0.5po4/rgo）正极材料的方法，其特征在于具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的制备方法制备的life0.5mn0.5po4/rgo正极材料的应用，其特征在于所述的life0.5mn0.5po4/rgo正极材料能应用于制备锂离子电池。

技术总结
本发明公开了一种由锰矿溢流尾矿还原浸出液制备磷酸锰铁锂/石墨烯正极材料的方法及应用。其制备方法包括以下步骤：(1)测定锰矿溢流尾矿还原浸出液中主要元素的物质的量浓度；(2)向溶液中依次加入蒸馏水、氧化石墨烯和H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;；(3)用Na<subgt;3</subgt;PO<subgt;4</subgt;溶液调节溶液的pH值使铁、锰离子沉淀，然后静置、过滤、洗涤、冷冻干燥后获得前驱体；(4)将前驱体、Li<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;和葡萄糖按摩尔比混合，在氩气气氛下分步烧结获得磷酸锰铁锂/石墨烯正极材料。本发明使锰矿溢流尾矿中锰、铁得到了高值化利用，且方法简单、成本低、产率高、适用于大规模生产，制备的磷酸锰铁锂/石墨烯正极材料具有较好的储锂性能。

技术研发人员：姚金环,徐文翰,李延伟,白少帅
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15