Question

【題目】鋰離子電池的應用很廣，其正極材料可再生利用。某鋰離子電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO2）、導電劑乙炔黑和鋁箔等。充電時，該鋰離子電池負極發生的反應為6C+xLi++xe- = LixC6。現欲利用以下工藝流程回收正極材料中的某些金屬資源（部分條件未給出）。

回答下列問題：

（1）LiCoO2中，Co元素的化合價為 。

（2）寫出“正極堿浸”中發生反應的離子方程式 。

（3）“酸浸”一般在80℃下進行，寫出該步驟中發生的所有氧化還原反應的化學方程式 ；可用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺點是 。

（4）寫出“沉鈷”過程中發生反應的化學方程式 。

（5）充放電過程中，發生LiCoO2與Li1-xCoO2之間的轉化，寫出放電時電池反應方程式 。

（6）上述工藝中，“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是 。在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有 （填化學式）。

Answer 1

【答案】（1）+3

（2）2Al + 2OH- + 6H2O = 2Al(OH)- 4 + 3H2↑

（3）2LiCoO2+ 3H2SO4 + H2O2Li2SO4+ 2CoSO4+ O2↑+ 4H2O

2H2O22H2O + O2↑ ；有氯氣生成，污染較大。

（4）CoSO4+ 2NH4HCO3= CoCO3↓+ (NH4)2SO4+CO2↑+ H2O

（5） Li1-xCoO2+ LixC6= LiCoO2+ 6C

（6）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

Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4

【解析】試題分析：（1）根據化合物中，化合價的代數和為0知，LiCoO2中，Co元素的化合價為+3價。

（2）正極中含有鋁，鋁易溶于強堿溶液生成AlO2-，反應的離子方程式為2Al + 2OH- + 2H2O＝2AlO2－+ 3H2↑。

（3）酸浸時反應物有硫酸、過氧化氫以及LiCoO2，生成物有Li2SO4和CoSO4，反應方程式為：2LiCoO2+ 3H2SO4 + H2O2Li2SO4+ 2CoSO4+ O2↑+ 4H2O，由題中信息知LiCoO2具有強氧化性，加入過氧化氫發生的反應為：2H2O22H2O + O2↑。

（4）“沉鈷”過程中硫酸鈷和碳酸氫銨反應生成碳酸鈷沉淀、硫酸銨、二氧化碳和水，反應方程式為CoSO4+ 2NH4HCO3＝CoCO3↓+ (NH4)2SO4+CO2↑+ H2O。

（5）充放電過程中，LiCoO2和Li1-xCoO2發生氧化還原反應生成LiCoO2和C，反應方程式為Li1-xCoO2+ LixC6＝LiCoO2+ 6C。

（6）放電時，負極上生成鋰離子，鋰離子向正極移動并進入正極材料中，所以“放電處理”有利于鋰在正極的回收，根據流程圖知，可回收到的金屬化合物有Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4。