[发明专利]一种废旧锰酸锂电池材料为原料的锂离子筛及其制备方法

权利要求书

1.一种废旧锰酸锂电池材料为原料的锂离子筛，其特征是一种负载在氧化铝载体上的铝掺杂锰系锂离子筛填料，其化学组成为H_1.33Al_x Mn_1.67O₄﹒yAl₂O₃，其中，x＝0.03-0.33，y＝0.06-0.18；由经过预处理的废旧锰酸锂电池正极材料与LiOH混合后高温焙烧形成前驱体，进一步用稀盐酸将前驱体脱锂后制得；在0.5g/L氯化锂水溶液中，锂离子回收率为95％-98％，锂离子筛的吸附容量为48-54mg/g，吸脱附10次后吸附容量变化小于1％，溶解损耗小于1％；所述的经过预处理的废旧锰酸锂电池正极材料中金属的质量组成为：锰50％-54％，锂3.1％-3.5％，铝3.1％-7.5％，铜0.1％-0.3％，铁0.1％-0.5％。

2.权利要求1所述的一种废旧锰酸锂电池材料为原料的锂离子筛，其特征是废旧锰酸锂电池材料中的铝组分，不需要分离，与氢氧化锂反应形成铝酸锂盐，能提高锰系锂离子筛的性能。

3.权利要求1所述的一种废旧锰酸锂电池材料为原料的锂离子筛，其特征是废旧锰酸锂电池材料中的铝组分，加工后作为粘合剂将锰系锂离子筛粘合成型为各种形状的锂离子筛填料；作为锰系锂离子筛载体，扩大锰系锂离子筛吸附表面积，加快吸脱附速度；包覆在锰系锂离子筛表面，降低酸性条件下脱锂时的溶解损耗；铝掺杂进入锰氧化物晶体结构中生成锰酸铝，维持锰系锂离子筛分子结构稳定，从而延长其循环使用寿命。

4.一种废旧锰酸锂电池材料为原料的锂离子筛的制备方法，其特征是包括锂离子筛前驱体制备、锂离子筛前驱体脱锂和锂离子筛循环性能评价三部分，具体步骤为：

(1)将预处理过的废旧锰酸锂电池正极粉末中加入LiOH溶液，控制投料摩尔比为LiMn₂O₄：LiOH：Al＝1：0.6-1：0.06-0.2，使LiOH与正极粉末中的铝粉在50-80℃下加热反应2-6h，直到铝粉全部溶解生成铝酸锂LiAlO₂；

(2)将以上粘稠的铝酸锂LiAlO₂和锰酸锂物料混匀后挤压成直径3-5mm的圆柱形，切断，晾干，得到铝酸锂LiAlO₂粘合锰酸锂；

(3)将铝酸锂LiAlO₂粘合锰酸锂置于400-600℃高温炉中焙烧2-4h，形成富锂的锂离子筛填料前驱体Li_1.33Al_x Mn_1.67O₄﹒yAl₂O₃，其中，x＝0.03-0.33，y＝0.06-0.18，高温下LiAlO₂脱水转化为活性氧化铝Al₂O₃，作为锰系锂离子筛的掺杂剂，包覆膜和载体材料；

(4)用去离子水分级浸渍锂离子筛填料前驱体，再用0.5mol/L的盐酸水溶液浸渍脱附锂离子筛前驱体中的锂离子，进一步用去离子水清洗，烘干得到氧化铝负载的锂离子筛填料，其化学组成为H_1.33Al_x Mn_1.67O₄﹒yAl₂O₃，其中，x＝0.03-0.33，y＝0.06-0.18；

(5)将氧化铝负载的锂离子筛填料装填在直径20-100mm，底部装有控制阀和流量计的长玻璃管中，组成一个填料吸附柱；从吸附柱顶部循环喷淋浓度为0.5g/L的氯化锂水溶液，定期检测底部出液中的锂离子浓度，出液中锂离子浓度不再降低时填料吸附饱和；测得其饱和吸附容量为48-54mg/g；

(6)从柱顶部循环加入0.5mol/L的盐酸水溶液，使吸附饱和的填料柱中的锂离子脱附，定期检测底部出液中的锂离子浓度，出液中锂离子浓度不再增加时脱附完全，然后用去离子水清洗脱附填料；

(7)向填料吸附柱中依次分别加入0.5g/L氯化锂水溶液和0.5mol/L盐酸脱附液，重复以上吸附和脱附操作，直到脱附液中锂离子浓度达到1.5-2.0g/L；进行吸脱附循环10次，锂离子筛的吸附容量为48-54mg/g，吸脱附10次后吸附容量变化小于1％，溶解损耗小于1％。