利用废旧锂离子电池掺杂镍制备镍钴铁氧体磁致伸缩材料的方法与流程

本发明属于磁致伸缩材料的制备技术领域，具体涉及一种利用废旧锂离子电池掺杂镍制备镍钴铁氧体磁致伸缩材料的方法。

背景技术：

磁致伸缩材料广泛用于压力传感器和执行器方面。常见的是稀土合金超磁致伸缩材料，但由于其成本较高而有一定的应用限制。钴铁氧体磁致伸缩材料由于其较好的机械和磁致伸缩性能、高的耐腐蚀性、易加工和低成本的优势而受到广泛的关注。目前钴铁氧体主要的合成方法有固相法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法和水热法等，合成原料主要是分析纯的化学药品，研究的内容主要集中在合成条件的探讨。

近年来电子技术的快速发展导致废旧锂离子电池的量不断攀升，对环境的污染日益严重。但废旧锂离子电池中钴元素的含量比在天然矿石或是浓缩的天然矿石中发现的含量还要高，因此，用废旧锂离子电池为原料制备铁氧体一方面减少了重金属元素对环境造成的污染，另一方面缓解了资源短缺。而采用溶胶-凝胶-微波水热的合成方法煅烧温度低，反应时间短，过程简化，制备结晶速度快，产品粒径小，纯度高。

而利用向废旧锂离子电池中掺杂镍，镍取代钴铁氧体中的一部分钴离子，能够从内部改变铁氧体的结构特征，从而修饰其磁性和磁致伸缩性能。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种利用废旧锂离子电池掺杂镍制备镍钴铁氧体磁致伸缩材料的方法，该方法在2.45ghz的微波条件下通过控制镍元素的掺杂量来调整产品的性能，并且该方法缩短反应时间，节约能耗，操作简单易行，产品性能优良。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，利用废旧锂离子电池掺杂镍制备镍钴铁氧体磁致伸缩材料的方法，其特征在于具体步骤为：

（1）用含h2o2的摩尔浓度为3.5mol/l的硫酸溶液溶解废旧锂离子电池正极材料，调节ph使co²⁺、fe³⁺充分沉淀，过滤；

（2）将步骤（1）中过滤所得产物再溶解，用原子吸收分光光度计测得co²⁺、fe³⁺含量，补充加入coso4、fe2(so4)3和niso4使溶液中co²⁺、ni²⁺与fe³⁺的摩尔比为1-x:x:2，其中x为0.1-0.5；

（3）再加入与总金属离子摩尔量之比为1:1的柠檬酸，调节ph=6.5，于80℃形成凝胶，得到的凝胶于110℃干燥得到干凝胶；

（4）将步骤（3）中所得干凝胶与摩尔浓度为2-12mol/l的氢氧化钠溶液混合后移入微波水热反应釜中，填充度达80%，于180-240℃反应1.0-2.5h后抽滤，干燥得到nixco1-xfe2o4粉末；

（5）将nixco1-xfe2o4粉末中加入质量浓度为8%-10%的聚乙烯醇研磨均匀，在10mpa压力下压制成圆柱，先于650℃煅烧6h，再于1450℃煅烧6h，最终制得nixco1-xfe2o4磁致伸缩材料。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、该方法采用微波加热的方式从粒子内部促进其运动加快，促进反应进行，极大缩短反应所需时间，提高反应效率，减少资源消耗；

2、本发明制得的nixco1-xfe2o4磁致伸缩材料产品粒径分布均匀，范围较窄，在10-20nm之间，并且无团聚现象；

3、本发明仅通过调节镍的掺杂量即可控制产品的性能参数。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的ni0.1co0.9fe2o4磁致伸缩材料的xrd图；

图2是本发明实施例1制得的ni0.1co0.9fe2o4磁致伸缩材料的磁致伸缩系数图；

图3是本发明实施例1制得的ni0.1co0.9fe2o4磁致伸缩材料的磁致伸缩应变曲线图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

（1）用含少量h2o2的摩尔浓度为3.5mol/l的硫酸溶液溶解废旧锂离子电池正极材料，调节ph使co²⁺、fe³⁺充分沉淀，过滤；

（2）将步骤（1）中过滤所得产物再溶解，测得co²⁺、fe³⁺含量，补充加入coso4、fe2(so4)3和niso4使溶液中co²⁺、ni²⁺和fe³⁺的摩尔比为0.9:0.1:2；

（3）再加入与总金属离子摩尔量之比为1:1的柠檬酸，调节ph=6.5，于80℃形成凝胶，得到的凝胶于110℃干燥得到干凝胶；

（4）将步骤（3）中所得干凝胶与摩尔浓度为6mol/l的氢氧化钠溶液混合后移入100ml微波水热反应釜中，填充度达80%，于220℃反应1.5h后抽滤，干燥得到ni0.1co0.9fe2o4粉末；

（5）将ni0.1co0.9fe2o4粉末中加入质量浓度为8%-10%的聚乙烯醇研磨均匀，在10mpa压力下压制成圆柱，先于650℃煅烧6h，再于1450℃煅烧6h，最终制得ni0.1co0.9fe2o4磁致伸缩材料。

由图1可知制得的ni0.1co0.9fe2o4磁致伸缩材料符合镍钴铁氧体的标准图谱；图2和图3是制得的ni0.1co0.9fe2o4磁致伸缩材料的性能参数，由图可知制得的ni0.1co0.9fe2o4磁致伸缩材料磁致伸缩系数最大为120ppm，属于正常水平，然而其最大应变导数达到-1.0×10^-9a^-1m以上，达到了相当高的水平，并且这个最大值对应的磁场比较低，只有40ka/m左右，对于该磁致伸缩材料的实际应用具有一定的优势。

实施例2

（1）用含少量h2o2的摩尔浓度为3.5mol/l的硫酸溶液溶解废旧锂离子电池正极材料，调节ph使co²⁺、fe³⁺充分沉淀，过滤；

（2）将步骤（1）中过滤所得产物再溶解，测得co²⁺、fe³⁺含量，补充加入coso4、fe2(so4)3和niso4使溶液中co²⁺、ni²⁺和fe³⁺的摩尔比为0.5:0.5:2；

（3）再加入与总金属离子摩尔量之比为1:1的柠檬酸，调节ph=6.5，于80℃形成凝胶，得到的凝胶于110℃干燥得到干凝胶；

（4）将步骤（3）中所得干凝胶与摩尔浓度为2mol/l的氢氧化钠溶液混合后移入100ml微波水热反应釜中，填充度达80%，于180℃反应1.0h后抽滤，干燥得到ni0.5co0.5fe2o4粉末；

（5）将ni0.5co0.5fe2o4粉末中加入质量浓度为8%-10%的聚乙烯醇研磨均匀，在10mpa压力下压制成圆柱，先于650℃煅烧6h，再于1450℃煅烧6h，最终制得ni0.5co0.5fe2o4磁致伸缩材料。

实施例3

（1）用含少量h2o2的摩尔浓度为3.5mol/l的硫酸溶液溶解废旧锂离子电池正极材料，调节ph使co²⁺、fe³⁺充分沉淀，过滤；

（2）将步骤（1）中过滤所得产物再溶解，测得co²⁺、fe³⁺含量，补充加入coso4、fe2(so4)3和niso4使溶液中co²⁺、ni²⁺和fe³⁺的摩尔比为0.7:0.3:2；

（3）再加入与总金属离子摩尔量之比为1:1的柠檬酸，调节ph=6.5，于80℃形成凝胶，得到的凝胶于110℃干燥得到干凝胶；

（4）将步骤（3）中所得干凝胶与摩尔浓度为12mol/l的氢氧化钠溶液混合后移入100ml微波水热反应釜中，填充度达80%，于40℃反应2.5h后抽滤，干燥得到ni0.3co0.7fe2o4粉末；

（5）将ni0.3co0.7fe2o4粉末中加入质量浓度为8%-10%的聚乙烯醇研磨均匀，在10mpa压力下压制成圆柱，先于650℃煅烧6h，再于1450℃煅烧6h，最终制得ni0.3co0.7fe2o4磁致伸缩材料。

以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。