Question

锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO 2 ）、导电剂乙炔黑

锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO 2 ）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi + +xe - = Li x C 6 。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。 回答下列问题：（1）LiCoO 2 中，Co元素的化合价为 。（2）写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式 。（3）“酸浸”一般在80℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式 ；可用盐酸代替H 2 SO 4 和H 2 O 2 的混合液，但缺点是 。（4）写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式 。（5）充放电过程中，发生LiCoO 2 与Li 1-x CoO 2 之间的转化，写出放电时电池反应方程式 。（6）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是 。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有 （填化学式）。

Answer 1

（1）+3 （2）2Al + 2OH - + 6H 2 O = 2Al(OH)- 4 + 3H 2 ↑ （3）2LiCoO 2 + 3H 2 SO 4 + H 2 O 2 Li 2 SO 4 + 2CoSO 4 + O 2 ↑+ 4H 2 O 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 ↑ ；有氯气生成，污染较大。 （4）CoSO 4 + 2NH 4 HCO 3 = CoCO 3 ↓+ (NH 4 ) 2 SO 4 +CO 2 ↑+ H 2 O （5） Li 1-x CoO 2 + Li x C 6 = LiCoO 2 + 6C （6）Li + 从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH) 3 、CoCO 3 、Li 2 SO 4

以工艺流程为背景考查化学反应原理中的电化学知识，包括电极反应式的书写、氧化还原反应，综合性较强。 （1）根据化合价代数和为0的原则，LiCoO 2 中Li为+1价，O为-2价，iCo元素的化合价为+3。 （2）根据工艺流程和相关产物可知，锂离子电池正极材料中只有铝箔与氢氧化钠反应，发生反应的离子方程式2Al + 2OH - + 6H 2 O = 2Al(OH)- 4 + 3H 2 ↑。 （3）根据“酸浸”的反应物和反应条件，发生的所有氧化还原反应的化学方程式为；2LiCoO 2 + 3H 2 SO 4 + H 2 O 2 Li 2 SO 4 + 2CoSO 4 + O 2 ↑+ 4H 2 O，H 2 O 2 自身发生分解反应，2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 ↑；LiCoO 2 具有较强的氧化性，用盐酸代替H 2 SO 4 和H 2 O 2 的混合液，氯气生成，污染较大。 （4）根据“沉钴”过程中反应物和产物，发生反应的化学方程式CoSO 4 + 2NH 4 HCO 3 = CoCO 3 ↓+ (NH 4 ) 2 SO 4 +CO 2 ↑+ H 2 O。 （5）充放电过程中，发生LiCoO 2 与Li 1-x CoO 2 之间的转化，放电时负极发生的反应为Li x C 6 -xe - =6C+xLi + ，正极Li 1-x CoO 2 + xe - = LiCoO 2 + xLi + ，电池总反应方程式Li 1-x CoO 2 + Li x C 6 = LiCoO 2 + 6C。 （6）进行放电处理时，Li + 从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中，有利于锂在正极的回收。根据整个工艺流程的化学反应原理，可回收到的金属化合物有Al(OH) 3 、CoCO 3 、Li 2 SO 4 三种。 【考点定位】工艺流程、电化学、离子方程式