[发明专利]利用废旧锂离子电池制备双稀土掺杂钴铁氧体磁致伸缩材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物再资源化及磁致伸缩材料的制备技术领域，具体涉及一种利用废旧锂离子电池制备双稀土掺杂钴铁氧体磁致伸缩材料的方法。

背景技术

磁致伸缩材料因在非接触式传感器和制动器方面具有广泛的潜在应用价值吸引了科学家们的广泛关注。相对于广泛应用的稀土合金磁致伸缩材料Tb_xDy_1-xFe₂等，烧结的多晶的钴铁氧体因其价格便宜，具有较大的矫顽磁场和饱和磁化强度、较高的磁晶各向异性、机械强度好，良好的化学稳定性、耐腐蚀和耐磨损等性能被广泛的研究。目前对铁氧体的研究制备主要通过化学原料合成，制备方法多样，有成熟的制备工艺但成本较高。而废旧锂离子电池中含有大量钴、铁金属离子，将废旧锂离子电池经过拆卸、溶解、分离出金属离子混合物直接用于钴铁氧体的制备，不但降低了对废旧锂离子电池的分离要求，而且降低了钴铁氧体的制作成本。

通过不同的金属离子取代钴铁氧体中的钴离子或铁离子，进入到钴铁氧体的尖晶石晶格中会对钴铁氧体的结构、性能造成不同程度的改变。稀土离子（RE³⁺）因具有大的离子半径和稳定的化合价，当其取代Fe³⁺进入到立方晶格中，出现RE-Fe的交互作用及3d-4f轨道的自旋耦合，由于离子之间的相互作用及原子轨道的自旋会改变钴铁氧体的磁致伸缩性，目前尚没有关于利用废旧锂离子电池制备双稀土掺杂钴铁氧体磁致伸缩材料的相关报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种利用废旧锂离子电池制备双稀土掺杂钴铁氧体磁致伸缩材料的方法，该方法通过稀土元素掺杂使钴铁氧体在低磁场的条件下获得较大的磁致伸缩性，并且制备过程简单、成本低廉、经济高效且制得的产品性能优良。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，利用废旧锂离子电池制备双稀土掺杂钴铁氧体磁致伸缩材料的方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将拆分后的废旧锂离子电池正极材料溶解在含H₂O₂的摩尔浓度为3.5mol/L的硫酸溶液中，调节pH值使Co²⁺、Fe³⁺充分沉淀，过滤后的滤渣用硝酸溶解；

（2）将步骤（1）中溶解滤渣所得溶液用原子吸收分光光度计测得溶液中的Co²⁺、Fe³⁺的含量，补充加入Co(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、Ce(NO₃)₃·6H₂O和Nd(NO₃)₃·6H₂O使各离子的摩尔比Co²⁺:Ce³⁺:Nd³⁺:Fe³⁺ =1:x:0.1-x:1.9，其中x为0.02-0.08，再加入柠檬酸使其与金属离子摩尔总量比为1:1，搅拌使其充分溶解；

（3）将步骤（2）中完全溶解的溶液于60℃用氨水调节pH=6.5，并升温至80℃凝胶，直至凝胶形成后于110℃干燥得到干凝胶；

（4）将步骤（3）中得到的干凝胶中加入2mL乙醇并引燃，开始自蔓延燃烧得到双稀土掺杂CoFe₂O₄粉末；

（5）将步骤（4）中得到的双稀土掺杂CoFe₂O₄粉末中加入质量浓度为8%-10%的聚乙烯醇溶液，研磨均匀，在12MPa压力下压柱；

（6）将步骤（5）中压制的样品柱先于650℃煅烧6h冷却，再于1450℃烧结6h即得到磁致伸缩双稀土掺杂CoFe₂O₄器件。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、以废旧锂离子电池为原料，降低环境污染的同时避免了金属资源的浪费，降低了材料制备的成本；

2、采用溶胶凝胶自蔓延的方法制备双稀土掺杂钴铁氧体粉末操作简单，便于控制反应进程；

3、两种稀土元素的共同作用，不仅有效的改善了钴铁氧体的性能参数，而且解决了稀土合金磁致伸缩材料高成本的问题。

附图说明