研究人员开发选择性电沉积方法 用于回收锂离子电池中的钴和镍

据外媒报道，美国一个研究团队发现了一种经济节能的方法，通过电沉积从废旧锂离子电池中选择性回收钴和镍。

(来源:AZOM)

随着全球对锂离子电池需求的增加，废旧电池造成的环境污染也在增加。同时，这些电池含有许多稀有金属。NMC中的钴和镍可以通过溶剂萃取、沉淀、吸附、嵌入和渗析进行化学分离。一般来说，溶剂萃取和沉淀具有高选择性，但是热能消耗和化学成本高，或者可能产生废物，并且可能面临复杂的溶液/物种形成化学挑战。

在各种电化学驱动技术中，电沉积是一种简单通用的方法，可以控制成核和生长、形貌和沉积物成分。对于从多组分混合物中选择性分离和回收金属，组分金属的还原电位是电沉积中最关键的参数。

在电沉积中，采用低温水性替代品更为理想、环保、节能。然而，由于镍和钴之间的标准还原电位几乎相等(相对于标准氢电极，E Ni = 0.250V，E Co = 0.277V)，水电解质对电沉积过程具有固有的选择性限制，导致非定向共沉积的选择性较低，因此有必要通过额外的化学步骤分离镍和钴，例如在通过电沉积回收之前进行溶剂萃取。

这个电沉积过程包括哪些步骤？

正极的回收包括一系列预处理步骤，包括从集流体中放电、分解、分离和收集活性物质。将电池浸入10% (w/v) NaCl溶液中24小时，直到完全放电。然后用锯子和尖嘴钳手工拆开，切成小块。然后，使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂来溶解集电器中的PVDF粘合剂，并将正极活性材料与铝集电器分离。小片阳极废料在NMP 100℃下处理24小时。将获得的活性物质混合物浸提在10 M HCl溶液中，产生由钴、镍和锰组成的深绿色富镍浓氯混合物，其摩尔比分别为1.00∶6.52∶0.50。

其他工艺包括分别回收钴和镍的两个电沉积/反萃取循环。在-0.725 V vs Ag/AgCl下，在聚(二烯丙基二甲基氯化铵)/铜(PDADMA/Cu)电极上进行第一次电沉积，以选择性地增加电沉积中钴的浓度，然后进行负电极剥离，以将回收的固体钴/镍转化为液相，用于第二次浓缩和处理。

与浸出后立即获得的浓稠的绿色富镍电解液相比，在加入10 M LiCl后，剥离的电解液显示出明显的蓝色，因为形成了主要的CoCl42络合物。在0.725 V vs Ag/AgCl的条件下，通过二次PDA-DMA驱动从高浓度电解液中电沉积，钴的纯度可以显著提高到96.4±3.1%。

在第一次选择性钴沉积后，剩余液相中的Ni/Co比率增加。第二次电沉积循环在相对于Ag/AgCl为0.6 V时进行。电沉积30分钟后，沉积物上镍的纯度为94.1±2.3%。

研究成果

研究人员结合电化学方法，即电解质控制和界面设计，来调整钴和镍回收的分子选择性。通过形貌控制可以有效地区分水溶液中电化学性质相似的金属。

通过调节CoCl _ 42在正聚电解质层中的迁移率，电极和带正电的聚电解质PDA _ DMA之间的界面被修整以实现额外的选择性控制。结果表明，金属选择性取决于电极电位和聚合物负载量。在负极剥离过程中，PDADMA的质量损失仅占PDADMA总负荷的不到0.3%。这表明在给定的电解质条件下，聚电解质在电沉积/剥离过程中是稳定的。结果表明，最终产品的纯度……钴和镍分别为96.4±3.1%和94.1±2.3%。

这些研究结果提供了一种创新的方法，可用于回收电沉积的钴和镍，而无需大量的热输入和在环境友好的水介质中使用有害的化学物质。据外媒报道，美国一个研究团队发现了一种经济节能的方法，通过电沉积从废旧锂离子电池中选择性回收钴和镍。

(来源:AZOM)

随着全球对锂离子电池需求的增加，废旧电池造成的环境污染也在增加。同时，这些电池含有许多稀有金属。NMC中的钴和镍可以通过溶剂萃取、沉淀、吸附、嵌入和渗析进行化学分离。一般来说，溶剂萃取和沉淀具有高选择性，但是热能消耗和化学成本高，或者可能产生废物，并且可能面临复杂的溶液/物种形成化学挑战。

在各种电化学驱动技术中，电沉积是一种简单通用的方法，可以控制成核和生长、形貌和沉积物成分。对于从多组分混合物中选择性分离和回收金属，组分金属的还原电位是电沉积中最关键的参数。

在电沉积中，采用低温水性替代品更为理想、环保、节能。然而，由于镍和钴之间的标准还原电位几乎相等(相对于标准氢电极，E Ni = 0.250V，E Co = 0.277V)，水电解质对电沉积过程具有固有的选择性限制，导致非定向共沉积的选择性较低，因此有必要通过额外的化学步骤分离镍和钴，例如在通过电沉积回收之前进行溶剂萃取。

这个电沉积过程包括哪些步骤？

正极的回收包括一系列预处理步骤，包括从集流体中放电、分解、分离和收集活性物质。将电池浸入10% (w/v) NaCl溶液中24小时，直到完全放电。然后用锯子和尖嘴钳手工拆开，切成小块。然后，使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂来溶解集电器中的PVDF粘合剂，并将正极活性材料与铝集电器分离。小片阳极废料在NMP 100℃下处理24小时。将获得的活性物质混合物浸提在10 M HCl溶液中，产生由钴、镍和锰组成的深绿色富镍浓氯混合物，其摩尔比分别为1.00∶6.52∶0.50。

其他工艺包括分别回收钴和镍的两个电沉积/反萃取循环。在-0.725 V vs Ag/AgCl下，在聚(二烯丙基二甲基氯化铵)/铜(PDADMA/Cu)电极上进行第一次电沉积，以选择性地增加电沉积中钴的浓度，然后进行负电极剥离，以将回收的固体钴/镍转化为液相，用于第二次浓缩和处理。

与浸出后立即获得的浓稠的绿色富镍电解液相比，在加入10 M LiCl后，剥离的电解液显示出明显的蓝色，因为形成了主要的CoCl42络合物。在0.725 V vs Ag/AgCl的条件下，通过二次PDA-DMA驱动从高浓度电解液中电沉积，钴的纯度可以显著提高到96.4±3.1%。

在第一次选择性钴沉积后，剩余液相中的Ni/Co比率增加。第二次电沉积循环在相对于Ag/AgCl为0.6 V时进行。电沉积30分钟后，沉积物上镍的纯度为94.1±2.3%。

研究成果

研究人员结合电化学方法，即电解质控制和界面设计，来调整钴和镍回收的分子选择性。通过形貌控制可以有效地区分水溶液中电化学性质相似的金属。

通过调节CoCl _ 42在正聚电解质层中的迁移率，电极和带正电的聚电解质PDA _ DMA之间的界面被修整以实现额外的选择性控制。结果表明，金属选择性取决于电极电位和聚合物负载量。在负el的过程中……trode剥离，PDADMA的质量损失仅占总PDADMA负载的不到0.3%。这表明在给定的电解质条件下，聚电解质在电沉积/剥离过程中是稳定的。结果表明，最终产品钴和镍的纯度分别为96.4±3.1%和94.1±2.3%。

这些研究结果提供了一种创新的方法，可用于回收电沉积的钴和镍，而无需大量的热输入和在环境友好的水介质中使用有害的化学物质。

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