一种废旧锌锰电池金属锌负极的回收处理及其再利用于锌离子二次电池的方法

本发明属于废旧电池回收再利用技术及电化学储能领域，具体涉及一种废旧锌锰电池金属锌负极的回收处理及其再利用于锌离子二次电池的方法。

背景技术：

1、锌锰电池是以金属锌为负极、二氧化锰为正极的一类一次电池，由于其具有成本低廉、工作温域范围宽和适合间歇放电等优点，成为日前不可或缺的一种小型电源。锌锰电池的广泛应用，导致大量的废旧锌锰电池产生，其直接进入自然环境中，使废旧锌锰电池中的锌、锰等重金属元素在水和土壤中迁移和循环，并转化为毒性较强的化合物，危害生态系统。此外，废旧锌锰电池的随意丢弃，还会造成锌、锰等资源的浪费。

2、目前，关于废旧锌锰电池综合回收再利用的研究相对较少，对于废旧锌锰电池金属锌负极的回收主要包括湿法回收、干法回收和干湿法回收等方法。湿法回收法所得产品纯度较高，但回收流程较长，并产生废气、废液、废渣等二次污染，难以处理。干法回收法一般不需要额外添加化学物质，且具有流程短、环境污染小等优点，被认为是最适合废旧锌锰电池回收处理的方法，但其能耗较高，处理过程中的设备投资和运营成本也较高。干湿回收法是将干法回收和湿法回收的优点结合起来，回收效果较好，但存在回收工序复杂、成本较高等缺点。因此，在实际应用中还需进一步优化。基于此，设计一种废旧锌锰电池金属锌负极的回收处理及其再利用方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种废旧锌锰电池金属锌负极的回收处理及其再利用于锌离子二次电池的方法，以实现废旧锌锰电池金属锌负极的有效回收和资源化再利用，并进一步解决回收的金属锌负极在锌离子二次电池中再利用过程中存在的锌枝晶生长、腐蚀和析氢反应等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供一种废旧锌锰电池金属锌负极的回收处理及其再利用于锌离子二次电池的方法，包括如下步骤：

4、步骤1：拆解放电后的废旧锌锰电池，收集金属锌皮，然后依次采用去离子水和有机溶剂清洗所得锌皮，干燥，再将所得锌皮放入不含锌离子的配体溶液中浸泡处理0.5～48h，得到表面具有锌基配位化合物层的锌皮；

5、步骤2：将步骤1所得表面具有锌基配位化合物层的锌皮在干燥的空气气氛、惰性气氛或真空条件下进行热处理，得到表面具有缺陷锌基配位化合物多功能层的锌皮；

6、步骤3：以步骤2所得表面具有缺陷锌基配位化合物多功能层的锌皮为负极，组装水系锌离子二次电池。

7、优选地，步骤1中所述废旧锌锰电池为酸性锌锰电池，其尺寸包括但不限于1号、2号、3号、4号、5号、6号和7号电池。

8、优选地，步骤1中所述配体包括但不限于乙二胺、2-甲基咪唑和酰氨中的至少一种。所述配体溶液的浓度为10-2～103mmol/l。。

9、优选地，步骤2中，所述热处理的温度为50～400℃、处理时间为0.5～6小时。

10、本发明还提供了一种利用上述方法所制成的水系锌离子二次电池，其采用表面具有缺陷锌基配位化合物多功能层的锌皮作为金属锌负极。

11、优选地，水系锌离子二次电池以2m znso4水溶液为电解液、以二氧化锰为正极。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

13、本发明的方法不仅实现了废旧锌锰电池金属锌负极的回收再利用，而且在不进行腐蚀和氧化处理以及不添加锌源的情况下，直接在回收得到的废旧锌锰电池金属锌负极表面原位生长锌基配位化合物，再通过热处理，进一步在锌负极表面形成富含缺陷的锌基配位化合物多功能层，从而加速[zn(h2o)6]2+脱溶剂化、引导zn2+均匀成核和沉积、抑制水诱导副反应和锌枝晶生长，最终实现了无枝晶高稳定性zn负极。

技术特征：

1.一种废旧锌锰电池金属锌负极的回收处理及其再利用于锌离子二次电池的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的废旧锌锰电池金属锌负极的回收处理及其再利用于锌离子二次电池的方法，其特征在于：步骤1中所述废旧锌锰电池为酸性锌锰电池。

3.根据权利要求1所述的废旧锌锰电池金属锌负极的回收处理及其再利用于锌离子二次电池的方法，其特征在于：步骤1中所述配体为乙二胺、2-甲基咪唑和酰氨中的至少一种。

4.根据权利要求1或3所述的废旧锌锰电池金属锌负极的回收处理及其再利用于锌离子二次电池的方法，其特征在于：步骤1中所述配体溶液的浓度为10-2～103mmol/l。

5.根据权利要求1所述的废旧锌锰电池金属锌负极的回收处理及其再利用于锌离子二次电池的方法，其特征在于：步骤2中，所述热处理的温度为50～400℃、处理时间为0.5～6小时。

6.一种用于水系锌离子二次电池的金属锌负极，其特征在于：所述金属锌负极是由权利要求1～5中任意一项所述方法所制成的表面具有缺陷锌基配位化合物多功能层的锌皮。

7.一种水系锌离子二次电池，其特征在于：采用权利要求6所述的金属锌负极。

8.根据权利要求7所述的水系锌离子二次电池，其特征在于：以2m znso4水溶液为电解液，以二氧化锰为正极。

技术总结本发明公开了一种废旧锌锰电池金属锌负极的回收处理及其再利用于锌离子二次电池的方法，该方法包括如下步骤：首先拆解放电后的废旧锌锰电池，得到锌皮，然后将所得锌皮放入配体溶液中浸泡处理，最后将浸泡处理后的锌皮进行热处理，得到表面具有多功能保护层的锌皮，其能够直接用作锌离子二次电池的负极材料。本发明在不进行腐蚀和氧化处理以及不添加锌源的情况下，直接在回收得到的废旧锌锰电池金属锌负极表面原位生长锌基配位化合物，再通过热处理进一步在锌负极表面形成富含缺陷的锌基配位化合物多功能层，从而加速[Zn(H2O)6]2+脱溶剂化、引导Zn2+均匀成核和沉积、抑制水诱导副反应和锌枝晶生长，最终实现了无枝晶高稳定性Zn负极。技术研发人员：孙振杰,丁丁,高雅萍,任雅茹,黄诚意,李鹏,马倩倩,卢毛妮受保护的技术使用者：安徽大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29