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*鋰(LiCoO2)、導電劑乙炔黑和鋁箔等...
問題詳情:
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*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“正極鹼浸”中發生反應的離子方程式_____________________。
(3)“*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*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”有利於鋰在正極的回收,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)。
【回答】
+3 2Al + 2OH-+ 2H2O = 2AlO2-+ 3H2↑ 2LiCoO2+ 3H2SO4+ H2O2Li2SO4+ 2CoSO4+ O2↑+ 4H2O、2H2O22H2O + O2↑ 有*氣生成,污染較大 CoSO4+ 2NH4HCO3= CoCO3↓+ (NH4)2SO4+CO2↑+ H2O Li1-xCoO2+ LixC6= LiCoO2+ 6C Li+從負極中脱出,經由電解質向正極移動並進入正極材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4
【詳解】
(1)根據化合物中元素的正負化合價的代數和為0知,LiCoO2中,Li、O的化合價依次為+1價、-2價,則Co元素的化合價為+3價。
(2)正極材料中含有鋁,鋁易溶於強鹼溶液生成AlO2-,反應的離子方程式為2Al + 2OH- + 2H2O=2AlO2-+ 3H2↑。
(3)“*浸”時反應物有硫*、過氧化*以及LiCoO2,生成物有Li2SO4和CoSO4,Co被還原,則H2O2被氧化成O2,反應方程式為:2LiCoO2+ 3H2SO4 + H2O2Li2SO4+ 2CoSO4+ O2↑+ 4H2O,同時H2O2受熱易分解,過氧化*分解反應的化學方程式為:2H2O22H2O + O2↑;鹽*具有還原*和**,可用鹽*代替硫*和H2O2的混合液,LiCoO2能將鹽*氧化成Cl2,Cl2污染較大。
(4)“沉鈷”過程中硫*鈷和碳**銨反應生成碳*鈷沉澱、硫*銨、二氧化碳和水,反應方程式為CoSO4+ 2NH4HCO3=CoCO3↓+ (NH4)2SO4+CO2↑+ H2O。
(5)充電時,該鋰離子電池負極發生的反應為6C+xLi++xe- = LixC6,則該鋰離子電池正極發生的反應為LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+xLi+,充電時總反應為LiCoO2+ 6C= Li1-xCoO2+ LixC6,放電時電池反應式為Li1-xCoO2+ LixC6=LiCoO2+ 6C。
(6)放電時,負極上生成鋰離子,鋰離子向正極移動並進入正極材料中,所以“放電處理”有利於鋰在正極的回收;根據流程圖知,可回收到的金屬化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。
知識點:鎂和鋁
題型:工業流程題
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