Question

【題目】鎳鈷錳酸鋰電池是一種高功率動力電池。采用廢舊鋰離子電池回收工藝制備鎳鈷錳酸鋰三元正極材料(LiNi1－x－y) Cox MnyO2)的工藝流程如下：

回答下列問題：

（1）能夠提高堿浸效率的方法有___________(至少寫兩種)。

（2）廢舊鋰離子電池拆解前進行“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是__________。

（3）LiCoO2中Co元素化合價為_____，其參與“還原”反應的離子方程式為_____________。

（4）溶液溫度和浸漬時間對鉆的浸出率影響如圖所示：

則浸出過程的最佳條件是__________。

（5）已知溶液中Co2+的濃度為1.0mol·L－1，緩慢通入氨氣，使其產生Co(OH)2沉淀，列式計算Co2+沉淀完全時溶液的pH______________(已知離子沉淀完全時c(Co2+)≤1.0×10－5mol·L－1，Ksp[Co(OH)2]=2.0×10－15，1g2=0.3，溶液體積變化忽略不計)

（6）寫出“高溫燒結固相合成”過程的化學方程式___________。

Answer 1

【答案】減小原料粒徑（或粉碎）、適當增加NaOH溶液濃度、適當升高溫度、攪拌、多次浸取等 Li+從負極中脫出，經由電解質向正極移動并進入正極材料中 +3價 2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑ 75℃、30min Ksp[Co(OH)2]=c(Co2+)c2(OH-)，c(OH-)===×10-5

c(H+)=Kw/ c(OH-)==10-9，pH=-lgc(H+)=-lg（10-9）=9.15 (4-4x-4y)Ni(OH)2+4xCo(OH)2+4yMn(OH)2+2Li2CO3+O24LiNi(1-x-y)CoxMnyO2+2CO2+4H2O

【解析】

（1）提高浸出率的方法有減小原料粒徑（或粉碎）、適當增加溶液濃度、適當升高溫度、攪拌、多次浸取等方法。

（2）Li+從負極中脫出，經由電解質向正極移動并進入正極材料中。

（3）LiCoO2中Li元素為+1價，O元素為-2價，故Co元素化合價為+3價，LiCoO2為難溶物，H2SO4為強電解質，H2O2還原LiCoO2中+3價Co元素，由此寫出反應的離子方程式。

（4）由圖可知，在75℃、30min條件下鈷的浸出率最高。

（5）根據溶度積常數及水的離子積，逐步推理得出答案。

（6）Ni2+、Co2+、Mn2+與NH3H2O反應分別生成Ni(OH)2、Co(OH)2、Mn(OH)2與Li2CO3，并高溫燒結固相合成LiNi(1-x-y)CoxMnyO2，根據原子守恒可得到化學方程式。

（1）提高浸出率的方法有減小原料粒徑（或粉碎）、適當增加溶液濃度、適當升高溫度、攪拌、多次浸取等方法。

故答案為：減小原料粒徑（或粉碎）、適當增加NaOH溶液濃度、適當升高溫度、攪拌、多次浸取等。

（2）廢舊鋰離子電池拆解前進行“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是Li+從負極中脫出，經由電解質向正極移動并進入正極材料中。

故答案為：Li+從負極中脫出，經由電解質向正極移動并進入正極材料中。

（3）LiCoO2中Li元素為+1價，O元素為-2價，故Co元素化合價為+3價，LiCoO2為難溶物，H2SO4為強電解質，H2O2還原LiCoO2中+3價Co元素，反應的離子方程式為2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑。

故答案為：+3價；2LiCoO2+6H++H2O2=2Li++2Co2++4H2O+O2↑。

（4）由圖可知，在75℃、30min條件下鈷的浸出率最高。

故答案為：75℃、30min。

（5）Ksp[Co(OH)2]=2.0×10－15，沉淀完全時c(OH-)===10-5mol/L，c(H+)=Kw/ c(OH-)==10-9，pH=-lgc(H+)=-lg（10-9）=9.15

故答案為：9.15。

（6）Ni2+、Co2+、Mn2+與NH3H2O反應分別生成Ni(OH)2、Co(OH)2、Mn(OH)2與Li2CO3，高溫燒結固相合成LiNi(1-x-y)CoxMnyO2，根據原子守恒可得到化學方程式為(4-4x-4y)Ni(OH)2+4xCo(OH)2+4yMn(OH)2+2Li2CO3+O24LiNi(1-x-y)CoxMnyO2+2CO2+4H2O。

故答案為：(4-4x-4y)Ni(OH)2+4xCo(OH)2+4yMn(OH)2+2Li2CO3+O24LiNi(1-x-y)CoxMnyO2+2CO2+4H2O。