CN114360920B - 一种由锂电池铝塑膜回收料制备花状镍钴铝合金的方法 - Google Patents

一种由锂电池铝塑膜回收料制备花状镍钴铝合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由锂电池铝塑膜回收料制备花状镍钴铝合金的方法，属于金属复合材料加工领域。本发明将硝酸钴、硝酸镍、氟化铵、硫化钠、尿素以及预处理后的铝塑膜回收料为原料放入反应釜中，通过水热反应将镍钴两种金属元素负载到预处理后的铝塑膜回收料基底上，从而得到铝塑膜回收料铝基复合材料的制备方法。本发明的制备方法操作易行且节省时间，设备投入小，工艺绿色环保，成本低廉，得到的复合材料性质稳定且具有较高的比电容，对于锂电池铝塑膜回收料的高附加值利用具有重要的价值。

Description

一种由锂电池铝塑膜回收料制备花状镍钴铝合金的方法
技术领域
本发明涉及一种由锂电池铝塑膜回收料制备花状镍钴铝合金的方法，属于金属复合材料加工领域。
背景技术
伴随着我国经济的快速发展，城市化的规模在日益扩大，城市居住人口也在不断增加，锂电池在新能源汽车发展的带动下，需求量与日俱增。铝塑膜是软包装锂电池的必备封装材料，主要起到保护内部电芯的作用。因尺寸灵活、设计轻便、比容量大等优点，由铝塑膜封装的软包锂电池广泛应用于消费电子领域和新能源汽车领域。近年来，保护环境、节约资源、节约能源等社会舆论日益高涨，对废电池铝塑膜的可再生利用问题也引起了人们的更多重视。废电池铝塑膜作为可再生资源，其回收再生利用对经济效益与社会效益的提高有着巨大的促进作用。
重视废电池尤其是废电池铝塑膜的回收再利用具有一定的经济和环保利益，但目前国内废电池铝塑膜回收再利用仍处于比较落后的地步，大大降低了回收价值，浪费资源并影响着回收行业的健康发展。因此，优化废电池铝塑膜的回收过程，提高废电池铝塑膜再生铝合金的性能，从而提高废电池铝塑膜中再生铝合金的使用价值具有很大的环境和经济意义，对废电池铝塑膜的回收再利用乃至整个铝合金回收行业有一定的参考价值。基于以上研究背景，本文主要针对铝合金废电池铝塑膜回收进行研究，通过水热法将金属粒子Ni、Co负载在预处理后的铝塑膜回收料上，提升废旧锂电池铝塑膜再生铝合金的经济和环境效益
发明内容
本发明提供一种由锂电池铝塑膜回收料制备的花状镍钴铝合金的方法，材料性能优越，制备工艺简单，应用于超级电容器的阳极材料时能有效生成比电容大、寿命长、污染低的电极材料。
实现本发明目的的技术方案是：一种由锂电池铝塑膜回收料制备的花状镍钴铝合金的方法，包括如下步骤：
(1)预处理基底：将铝塑膜回收料剪碎，然后浸泡在有机溶剂中，取出、用酸性溶液清洗，再用水和乙醇冲洗，得到预处理后的铝塑膜回收料；
(2)将钴盐、氟化铵、尿素、预处理后的铝塑膜回收料置于水中进行水热反应，反应结束后，收集固体，洗涤、干燥，得到含Co的复合材料CoAl；
(3)将CoAl置于硫化钠水溶液中进行水热反应，洗涤、干燥得S-CoAl；然后将镍盐、S-CoAl置于水中进行水热反应，洗涤、干燥，即得花状镍钴铝合金复合材料Ni-S-CoAl。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述有机溶剂为丙酮。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述的酸性溶液为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸中的一种，优选的，所述酸性溶液的浓度为0.4～0.8mol/L。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中所述的钴盐为氯化钴、硝酸钴、乙酸钴中的一种，步骤(3)中所述的镍盐为氯化镍、硝酸镍、乙酸镍中的一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)、(3)中所述的钴盐与镍盐的摩尔比为1:0.12～1。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)、(3)中所述的水热反应的温度为100～120℃，反应的时间为18～24h。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中硫化钠水溶液中进行水热反应的温度为100～120℃，反应的时间为18～24h。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中所述的硫化钠水溶液浓度为0.5～0.8mM。
在本发明的一种实施方式中，经过大量的验证后发现：通过水热法将镍钴两种金属负载到预处理后的铝塑膜回收料上，金属镍钴的组合在铝塑膜回收料上有不错的沉积现象，成功将镍钴复合金属附着在了基底铝塑膜回收料上。
本发明基于方法制备提供了一种花状镍钴铝合金。
本发明还提供了上述花状镍钴铝合金在电容器制备方面的应用。
本发明还提供了含有上述花状镍钴铝合金的电容器。
本发明还提供了含有上述电容器的电子产品。
本发明还提供了上述花状镍钴铝合金在电催化析氧(OER)方面的应用。本发明包括以下有益效果：
本发明以水热法制备了花状镍钴铝合金，该复合材料应用于超级电容器的阳极材料时能有效生成比电容大、寿命长、污染低的电极材料，这是因为负载在铝塑膜回收料上的金属Ni和Co在一定程度上有助于提高电极导电性，提高库仑效率；本发明优化了工艺反应条件，大幅简化了合成工艺并缩减了成本。
附图说明
图1为实施例1制得的镍钴铝合金的SEM形貌图。
图2为实施例1制得的镍钴铝合金的XRD图。
图3为实施例1制得的镍钴铝合金的循环伏安图。
图4为实施例1～5制得的镍钴铝合金在扫描速率为2mV/s时的循环伏安图。
图5为实施例1～5制得的镍钴铝合金的不同扫描速率下的比电容图。
图6为实施例1～5制得的镍钴铝合金的电流密度与扫描速率的关系图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例进一步描述本发明，但不限制本发明范围。
实施例1
花状镍钴铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理基底的制备：剪取数十块铝塑膜回收料(1×2cm)，然后放入丙酮中超声30min，浸泡在0.5M/L的盐酸中5min，然后用去离子水和乙醇冲洗几次，放入乙醇中保存备用；
(2)Co源的制备：称取0.9605g硝酸钴(3.3mmol)、0.4926g氟化铵(13.3mmol)、1.2012g尿素(20.0mmol)溶于70mL去离子水中，搅拌均匀至澄清溶液后与预处理后的铝塑膜回收料(0.06g)一并放入100mL高压釜中于120℃下保持24h，洗涤干燥得CoAl备用；
(3)Ni源的制备：将CoAl置于0.51mM硫化钠水溶液中进行水热反应，100℃下保持24h，洗涤干燥得S-CoAl备用；称取0.2326g硝酸镍(0.8mmol)溶于置于70mL去离子水中，与S-CoAl一并放入100mL高压釜中于120℃下保持24h，洗涤干燥，即得镍钴铝合金材料Ni-S-CoAl。
对本实施例所制得的产品花状镍钴铝合金进行扫描电子显微镜观察，所得SEM形貌图如图1所示，从图1中可以看出，当放大5k倍时看，好似一朵朵盛开的花状物，这就是复合物成功附着在铝塑膜回收料上的现象。
对本实施例所制得的产品花状镍钴铝合金进行X射线衍射，所得XRD谱图由图2所示,比对标准卡，在19.058°、33.026°、38.319°处有镍钴明显对应的衍射峰，说明镍钴成功附着在铝塑膜回收料基底上。
对本实施例所制得的产品花状镍钴铝合金进行电化学循环伏安曲线测试，所得循环伏安图如图3所示。扫描速率由scan rate＝2mV/s递增至3mV/s、4mV/s、5mV/s、6mV/s、7mV/s时，循环伏安曲线仍然具有良好的对称性，证明循环伏安测试对电容器本身电容量的影响较小，展现了该电极材料优秀的电化学可逆性。
实施例2
花状镍钴铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理基底的制备：剪取数十块铝塑膜回收料碎片(1×2cm)，然后放入丙酮中超声30min，浸泡在0.5M/L的盐酸中5min，然后用去离子水和乙醇冲洗几次，放入乙醇中保存备用；
(2)Co源的制备：称取0.9605g硝酸钴(3.3mmol)、0.4926g氟化铵(13.3mmol)、1.2012g尿素(20.0mmol)溶于70mL去离子水中，搅拌均匀至澄清溶液后与预处理后的铝塑膜回收料(0.06g)一并放入100mL高压釜中于120℃下保持24h，洗涤干燥得CoAl备用；
(3)Ni源的制备：将Coal置于0.51mM硫化钠水溶液中进行水热反应，100℃下保持24h，洗涤干燥得S-CoAl备用；称取0.4798g硝酸镍(1.65mmol)溶于置于70mL去离子水中，与S-CoAl一并放入100mL高压釜中于120℃下保持24h，洗涤干燥，即得镍钴铝合金材料Ni-S-CoAl。
实施例3
花状镍钴铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理基底的制备：剪取数十块铝塑膜回收料碎片(1×2cm)，然后放入丙酮中超声30min，浸泡在0.5M/L的盐酸中5min，然后用去离子水和乙醇冲洗几次，放入乙醇中保存备用；
(2)Co源的制备：称取0.9605g硝酸钴(3.3mmol)、0.4926g氟化铵(13.3mmol)、1.2012g尿素(20.0mmol)溶于70mL去离子水中，搅拌均匀至澄清溶液后与预处理后的铝塑膜回收料(0.06g)一并放入100mL高压釜中于120℃下保持24h，洗涤干燥得CoAl备用；
(3)Ni源的制备：将CoAl置于0.51mM硫化钠水溶液中进行水热反应，100℃下保持24h，洗涤干燥得S-CoAl备用；称取0.9596g硝酸镍(3.3mmol)溶于置于70mL去离子水中，与S-CoAl一并放入100mL高压釜中于120℃下保持24h，洗涤干燥，即得镍钴铝合金材料Ni-S-CoAl。
实施例4
花状镍钴铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理基底的制备：剪取数十块铝塑膜回收料碎片(1×2cm)，然后放入丙酮中超声30min，浸泡在0.5M/L的盐酸中5min，然后用去离子水和乙醇冲洗几次，放入乙醇中保存备用；
(2)Co源的制备：称取0.9605g硝酸钴(3.3mmol)、0.4926g氟化铵(13.3mmol)、1.2012g尿素(20.0mmol)溶于70mL去离子水中，搅拌均匀至澄清溶液后与预处理后的铝塑膜回收料(0.06g)一并放入100mL高压釜中于120℃下保持24h，洗涤干燥得CoAl备用；
(3)Ni源的制备：将CoAl置于0.51mM硫化钠水溶液中进行水热反应，100℃下保持24h，洗涤干燥得S-CoAl备用；称取0.1163g硝酸镍(0.4mmol)溶于置于70mL去离子水中，与S-CoAl一并放入100mL高压釜中于120℃下保持24h，洗涤干燥，即得镍钴铝合金材料Ni-S-CoAl。
实施例5
花状镍钴铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理基底的制备：剪取数十块铝塑膜回收料碎片(1×2cm)，然后放入丙酮中超声30min，浸泡在0.5M/L的盐酸中5min，然后用去离子水和乙醇冲洗几次，放入乙醇中保存备用；
(2)Co源的制备：称取0.9605g硝酸钴(3.3mmol)、0.4926g氟化铵(13.3mmol)、1.2012g尿素(20.0mmol)溶于70mL去离子水中，搅拌均匀至澄清溶液后与预处理后的铝塑膜回收料(0.06g)一并放入100mL高压釜中于120℃下保持24h，洗涤干燥得CoAl备用；
(3)Ni源的制备：将Coal置于0.51mM硫化钠水溶液中进行水热反应，100℃下保持24h，洗涤干燥得S-CoAl备用；称取0.3489g硝酸镍(1.2mmol)溶于置于70mL去离子水中，与S-CoAl一并放入100mL高压釜中于120℃下保持24h，洗涤干燥，即得镍钴铝合金材料Ni-S-CoAl。
对实施例1～5所制得的产品在扫描速率为2mV/s时的CV曲线图进行分析，所得循环伏安图如图4所示，电极材料的比电容值也可根据CV曲线面积做出基本的判断，在扫描速率相同的情况下，实施例1围成的面积最大，这表明其具有最大的比电容值，如图5所示。具体的比电容值结果见表1。
表1实施例1-5所得不同花状镍钴铝合金复合材料的比电容值比较
花状镍钴铝合金 2mv/s时的比电容值(F/g)
实施例1 435.2
实施例2 185.2
实施例3 265.1
实施例4 99.8
实施例5 152.3
将实施例1-5所制备的复合材料应用于超级电容器的阳电极材料并进行电化学测试。
电化学性能测试均在上海辰华CHI660电化学工作站上完成。采用三电极体系：制得复合材料为工作电极铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极。实验中，所有的电位均相对于SCE，所有的实验均在室温下进行。
测得实施例1-5所得的不同复合材料的电流密度与扫描速率的关系图结果如图6所示，为了评价电催化材料的ECSA在水氧化反应过程中，Cdl从非法拉第电流区循环伏安曲线被测量。具体结果见表2。
表2实施例1-5所得不同花状镍钴铝合金复合材料的Cdl值结果
花状镍钴铝合金 Cdl值(mF/cm2)
实施例1 7.4
实施例2 5.6
实施例3 6.5
实施例4 3.3
实施例5 4.5
如图6和表2的结果所示，实施例1的Cdl值最大，说明实施例1的Cdl值较大电化学表面积，从而提高OER活性。
本发明方法通过水热法将镍钴金属负载到预处理后的铝塑膜回收料上，金属镍钴的组合在铝塑膜回收料有不错的沉积现象，成功将镍钴复合金属附着在了铝塑膜回收料上。所制得的镍钴铝合金复合材料具有较高的比表面积，较高的比表面积能够产生较多的活性位点以能够使电子或离子较容易转移，应用于超级电容器的阳极材料时能有效生成比电容大、寿命长、污染低的电极材料，这是因为负载在铝塑膜回收料的金属Ni和Co在一定程度上有助于提高电极导电性，提高库仑效率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (15)

1.一种由锂电池铝塑膜回收料制备的花状镍钴铝合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)预处理基底：将铝塑膜回收料剪碎，然后浸泡在有机溶剂中，取出、用酸性溶液清洗，再用水和乙醇冲洗，得到预处理后的铝塑膜回收料；
(2)将钴盐、氟化铵、尿素、预处理后的铝塑膜回收料置于水中进行水热反应，反应结束后，收集固体，洗涤、干燥，得到含Co的复合材料CoAl；
(3)将CoAl置于硫化钠水溶液中进行水热反应，洗涤、干燥得S-CoAl；然后将镍盐、S-CoAl置于水中进行水热反应，洗涤、干燥，即得花状镍钴铝合金复合材料Ni-S-CoAl。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述有机溶剂为丙酮。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的酸性溶液为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸中的一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的钴盐为氯化钴、硝酸钴、乙酸钴中的一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的镍盐为氯化镍、硝酸镍、乙酸镍中的一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的钴盐与步骤(3)中所述的镍盐的摩尔比为1:0.12～1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的钴盐与步骤(3)中所述的镍盐的摩尔比为1:0.24。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)、(3)中所述的水热反应的温度为100～120℃，反应的时间为18～24h。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中硫化钠水溶液中进行水热反应的温度为100～120℃，反应的时间为18～24h。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的硫化钠水溶液浓度为0.5～0.8mM。
11.权利要求1-10任一项所述方法制备的一种花状镍钴铝合金。
12.权利要求11所述的花状镍钴铝合金在电容器制备方面的应用。
13.一种含有权利要求11所述的花状镍钴铝合金的电容器。
14.一种含有权利要求13所述的电容器的电子产品。
15.权利要求11所述的花状镍钴铝合金在电催化析氧方面的应用。
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