一种从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法
阅读说明：本技术 一种从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法 (Method for directionally recycling environment-friendly optical material from waste lithium ion battery ) 是由 阮菊俊 邱锐军 汤叶涛 仇荣亮 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明属于固体废弃物资源化回收技术领域,具体涉及一种从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法。该方法采用真空热解还原,将废旧锂离子电池电极材料热解生成氧化锰、氧化锂等多种氧化物,进一步采用高温固相反应将镧原子掺杂进晶体产物中进行原子级别的调控,以定向实现产物的制备和高值化回收,将废旧锂离子电极材料回收为高性能环保光学材料镧掺杂LiAl-(5)O-(8),具有非常高的光学强度,经济价值显著提高。并且本发明方法操作简单,整个过程没有添加其他酸性或氧化物质,不会产生二次污染,绿色高效,在废旧锂离子电池资源化领域方面具有重要的应用价值。(The invention belongs to the technical field of solid waste resource recovery, and particularly relates to a method for directionally recovering an environment-friendly optical material from a waste lithium ion battery. The method adopts vacuum pyrolysis reduction to pyrolyze the waste lithium ion battery electrode material to generate various oxides such as manganese oxide, lithium oxide and the like, further adopts high-temperature solid-phase reaction to dope lanthanum atoms into crystal products to regulate and control the atomic level so as to directionally realize the preparation and high-valued recovery of the products, and recovers the waste lithium ion battery electrode material into a high-performance environment-friendly optical material lanthanum-doped LiAl 5 O 8 Has very high optical strength and obviously improved economic value. The method is simple to operate, does not add other acidic or oxidizing substances in the whole process, does not generate secondary pollution, is green and efficient, and can be used for removing the waste lithium ionsHas important application value in the field of the resource utilization of the sub-battery.)
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化回收技术领域。更具体地，涉及一种从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法。
背景技术
随着锂离子电池的快速发展，废旧锂离子电池的回收利用问题受到了广泛关注。最新的报告估计，到2030年，电子废物量将达7470万吨，成为迫切迫切需要解决的问题。一方面，废旧锂离子电池的不当处置在过去的一段时间里已经造成了潜在的环境污染风险，如重金属污染、氟化气体污染等，随着环境中食物链的富集最后也成为人体健康的潜在危害；另一方面，废旧锂离子电池中金属等资源丰富，同时也是一种宝贵的二次资源。因此，对废旧锂离子电池进行资源化回收的研究是迫切的，也是符合社会发展趋势的。
目前，废旧锂离子电池的处理技术主要集中在稳定化处理方面。如中国专利申请CN104611566A公开了一种废旧离子电池中有价金属回收的方法，该方法将废旧锂离子电池与碳粉混合高温热解，再与造渣剂混合，得到了有价金属合金和氧化物炉渣，但此回收产物需要进一步分离纯化，回收价值较低。中国专利申请CN103045870A公开了一种从废弃锂离子电池中资源化综合回收有价金属的方法，该方法利用湿法冶金对金属资源进行回收，但是该方法消耗大量酸性、氧化性物质，成本高的同时增加了污染环境的风险。
可见，集减量化、无害化、高值化回收利用废旧锂离子电池电极材料的技术极其缺乏。在目前众多固体废物资源化回收的方法中，试错式探索的研究占比较大，造成了较大的资源浪费，并且效率较为低下。因此，亟需提供一种系统地、定向地、绿色地、高效地对废旧锂离子电池电极材料进行资源化回收制备新材料的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术回收产物经济价值较低，需进一步分离纯化；方法需要添加大量酸性、氧化锌物质，成本高且易污染环境的缺陷和不足，提供一种系统地、定向地、绿色地、高效地对废旧锂离子电池电极材料进行资源化回收制备高价值新材料的方法。
本发明的目的是提供一种从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法。
本发明另一目的是提供所述从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法制备得到的镧掺杂LiAl5O8光学材料。
本发明另一目的是提供所述镧掺杂LiAl5O8光学材料或所述从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法在制备环保光学材料中的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法，将从废旧锂离子电池中拆解得到的正、负极电极材料与镧盐化合物混合均匀，经热解和氧化还原反应后再进行高温固相合成反应，回收得到镧掺杂LiAl5O8光学材料。
本发明采用真空热解还原，将废旧锂离子电池电极材料热解生成氧化锰、氧化锂等多种氧化物，进一步采用高温固相反应将镧原子掺杂进晶体产物中进行原子级别的调控，以定向实现产物的制备和高值化回收，将废旧锂离子电极材料回收为高性能环保光学材料镧掺杂LiAl5O8，具有非常高的光学强度，经济价值显著提高。并且本发明方法操作简单，整个过程没有添加其他酸性或氧化物质，不会产生二次污染，绿色高效，在废旧锂离子电池资源化领域方面具有重要的应用价值。
进一步地，所述废旧锂离子电池以锰酸锂为负极电极材料，以石墨为正极电极材料。
更进一步地，所述正、负极电极材料中，正极材料和负极材料的质量比为1:(1～2)。优选地，所述正极材料和负极材料的质量比为1:1。
进一步地，所述镧盐化合物选自硝酸镧、氯化镧中的一种或两种。
更进一步地，所述镧盐化合物和正、负极电极材料总质量的质量比为1:(5～6)。优选地，所述镧盐化合物和正、负极电极材料总质量的质量比为1:5。
优选地，所述热解反应、氧化还原反应和高温固相合成反应均在真空条件下进行，所述真空条件为压力在0.05Pa以下；更优选地，所述真空条件为压力在0.01Pa以下。
进一步地，所述从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法具体包括以下步骤：
S1、将废旧锂离子电池进行拆解，取正、负极电极材料破碎、筛分后与镧盐化合物共同搅拌、研磨均匀，得到混合固体粉末；
S2、将步骤S1所得混合固体粉末于真空条件下，300～400℃充分反应，得到热分解产物和氧化还原产物；
S3、将反应温度升至1400～1600℃高温固相合成反应完全，得到镧掺杂LiAl5O8光学材料。
进一步地，步骤S2中，所述充分反应的时间为5～20min。
更进一步地，步骤S3中，所述反应完全的时间为10～60min。
进一步地，步骤S2、S3中，升温速率为10～15℃/min；优选地，升温速率为10℃/min。
另外的，本发明提供了所述从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法制备得到的镧掺杂LiAl5O8光学材料。
进一步地，所述镧掺杂LiAl5O8光学材料在530nm处取得最高的光学强度。
另外的，本发明还提供了所述镧掺杂LiAl5O8光学材料或所述方法在制备环保光学材料中的应用。
进一步地，所述环保光学材料可以为发光二极管、夜光材料或弱发光材料。
本发明具有以下有益效果：
本发明一种从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法，以废旧锂离子电池电极材料为主要原料，将富含锂、铝等战略金属资源的废旧电极材料转化成具有高效光学性能的环保光学材料，从而实现了废旧锂离子电池电极材料的资源化、高值化利用，可以有效解决废旧锂离子电池电极材料因为不妥善处置而对环境带来的潜在污染问题，同时达到高价值材料的回收。并且本发明方法操作简单，绿色高效，产物经济价值高，充分体现了固体废弃物“减量化、无害化、资源化”的回收目标。
附图说明
图1为本发明实施例1一种从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1一种从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法
所述方法具体包括以下步骤：
S1、将以锰酸锂为电极材料的废旧锂离子电池充分放电后，进行人工拆解，分离出塑料外壳和隔膜，取正、负极电极材料各3.3095g进行破碎、筛分，放入研钵中，再加入0.6828g的硝酸镧粉末，共同搅拌、研磨均匀，得到混合固体粉末；
S2、将步骤S1所得混合固体粉末转移到坩埚中，放入加热管式炉的高温区，利用真空泵将压力抽至0.01Pa以下，设置温度为300℃，升温速率为10℃/min，保温反应10min，使分解反应和氧化还原反应进行充分，得到热分解产物LiO2和MnO2，氧化还原产物Mn和Al2O3；
S3、将温度升至1500℃，升温速率同样为10℃/min，保温反应30min，使高温固相合成反应进行充分，最后得到回收产物。
经XRD验证，步骤S3所得产物为镧掺杂LiAl5O8光学材料；采用光致发光光谱进行测量发现，该光学材料在530nm处的最高光学强度为4.57×105(a.u.)，与常规LiAl5O8基体光学材料相比，在相同条件下，发光强度提高了约40倍，可进一步应用于制备发光二极管。
实施例2一种从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法
所述方法具体包括以下步骤：
S1、将以锰酸锂为电极材料的废旧锂离子电池充分放电后，进行人工拆解，分离出塑料外壳和隔膜，取正、负极电极材料各3.2923g进行破碎、筛分，放入研钵中，再加入0.5427g的氯化镧粉末，共同搅拌、研磨均匀，得到混合固体粉末；
S2、将步骤S1所得混合固体粉末转移到坩埚中，放入加热管式炉的高温区，利用真空泵将压力抽至0.01Pa以下，设置温度为300℃，升温速率为10℃/min，保温反应10min，使分解反应和氧化还原反应进行充分，得到热分解产物LiO2和MnO2，氧化还原产物Mn和Al2O3；
S3、将温度升至1500℃，升温速率同样为10℃/min，保温反应30min，使高温固相合成反应进行充分，最后得到回收产物。
经XRD验证，步骤S3所得产物为镧掺杂LiAl5O8光学材料；采用光致发光光谱进行测量发现，该光学材料在530nm处的最高光学强度为4.08×105(a.u.)，与常规LiAl5O8基体光学材料相比，在相同条件下，发光强度提高了约40倍，可进一步应用于制备发光二极管。
实施例3一种从废旧锂离子电池中定向回收环保光学材料的方法
所述方法具体包括以下步骤：
S1、将以锰酸锂为电极材料的废旧锂离子电池充分放电后，进行人工拆解，分离出塑料外壳和隔膜，取正、负极电极材料各3.3102g进行破碎、筛分，放入研钵中，再加入0.6429g的氯化镧粉末，共同搅拌、研磨均匀，得到混合固体粉末；
S2、将步骤S1所得混合固体粉末转移到坩埚中，放入加热管式炉的高温区，利用真空泵将压力抽至0.01Pa以下，设置温度为400℃，升温速率为15℃/min，保温反应20min，使分解反应和氧化还原反应进行充分，得到热分解产物LiO2和MnO2，氧化还原产物Mn和Al2O3；
S3、将温度升至1600℃，升温速率同样为15℃/min，保温反应60min，使高温固相合成反应进行充分，最后得到回收产物。
经XRD验证，步骤S3所得产物为镧掺杂LiAl5O8光学材料；采用光致发光光谱进行测量发现，该光学材料在530nm处的最高光学强度为4.36×105(a.u.)，与常规LiAl5O8基体光学材料相比，在相同条件下，发光强度提高了约40倍，可进一步应用于制备发光二极管。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。