[發明專利]利用廢舊鋁離子二次電池的正極材料制備石墨烯的方法

有效

• 申請號: 201610005984.1
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105439137B
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 焦樹強;雷海萍;涂繼國;王俊香;李海濱
• 申請（專利權）人: 北京金呂能源科技有限公司;甘肅鑫呂能源材料有限公司;北京科技大學
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;H01M10/54;H01M10/054
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明涉及一種利用廢舊鋁離子二次電池正極材料制備石墨烯的方法，是回收利用廢舊鋁離子電池正極材料石墨的一種高效方法，屬于廢舊電池回收及高端材料制備領域。該法利用廢舊的以石墨結構材料為正極的鋁離子電池，通過電解方式將廢舊電池的石墨正極直接變為石墨烯回收利用，其原理是通過在高電位下使得離子液體中的鋁配合物離子持續不斷嵌入碳層，進而使石墨的層狀結構崩裂，產生具有高附加值的石墨烯。

技術領域

本發明涉及廢舊電池回收及高端材料制備領域，尤其是涉及一種利用廢舊鋁離子二次電池制備石墨烯的方法。

背景技術

焦樹強課題組對鋁離子二次電池進行了大量的研究，提出了采用鋁金屬、合金鋁作為鋁離子二次電池的負極材料，石墨類材料作為正極材料，且申請了多項專利。如CN201510188866.4一種可充電鋁離子電池及其制備方法；CN201510269862.9一種非水溶液鋁離子二次電池及其制備方法等。這類電池具有很好的循環性能，且正負極材料價錢低廉，這類電池可大規模應用，但是如何將應用后的廢舊電池回收是亟待要解決的技術問題。

目前，國內外有非常多有關石墨烯的制備方法，主要有物理方法和化學方法。物理方法是通過微機械剝離法、液相或者氣相直接剝離法來制備單層或多層石墨烯。化學方法包括化學氣相沉積法(CVD)、晶體外延生長法(SiC高溫退火)、氧化-還原法等。而氧化-還原法是實現大批量制備石墨烯的主要方法，但是這種方法需要濃硫酸、高錳酸鉀等氧化劑，經常會在高溫下進行，上述方法存在安全隱患，產生大量廢液，造成環境污染。

由此可見，為了鋁離子二次電池的可持續發展，其電池的回收是亟待解決的技術問題；其次，現有的石墨烯的制備方法成本高、環境污染嚴重、安全性差。因而，采用電化學方法對廢舊鋁離子電池的正極石墨材料進行電解處理并得到高附加值的石墨烯，因其操作簡便、不額外添加其他化學試劑等原因，是非常有前景的一種回收方式。

發明內容

本發明的目的在于：對鋁離子電池正極材料做回收處理，利用鋁離子電池的正極材料制備石墨烯，變廢為寶。完整的電池提供了電解石墨類材料的通道，從而使電解液中的鋁配合物離子持續不斷的嵌入石墨層中，這種持續的配離子的嵌入會使納米碳層間失去范德華力，進而剝離、分散，形成石墨烯。該方法工藝步驟簡單、原料成本低。對鋁離子電池的大規模產業化應用及回收起到了非常大的作用。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：利用廢舊鋁離子二次電池正極材料制備石墨烯的方法，包括以下步驟：

步驟一.選取原料：采用石墨含量為40%以上的正極材料，電解液中含有鋁配合物離子的廢舊鋁離子二次電池，備用；

步驟二.電解：對步驟1選取好的廢舊鋁離子二次電池充入恒電流或恒電壓進行電解，電解一定的時間，然后放電至0.3V，再進行充電，循環5次以上，完成電解，備用；

步驟三：將經過步驟2處理的電池正極材料取出置于裝有無水乙醇的燒杯中，超聲波超聲20-30分鐘洗凈，去除雜質后在鼓風干燥箱中烘干，得到石墨烯。

進一步，所述電流電解的電流密度為10-500mA g^-1；所述電壓電解的電壓為1.8V-2.7V。

進一步，所述電解時間為2-60小時。

進一步，所述的烘干溫度為50-200℃。

進一步，所述鋁配合物離子為：[AlCl₄]^-或[Al₂Cl₇]^-或二者的混合物。