[發明專利]一種廢舊鋰離子電池負極碳材料的利用方法

在審

• 申請號: 201710101487.6
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106654439A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 張治安;賴延清;陳曉彬;洪波;方靜;張凱;李劼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 魏娟

本發明公開了一種廢舊鋰離子電池負極碳材料的利用方法，將從廢舊鋰離子電池分離得到的再生碳材料與硫復合，制得鋰硫電池正極材料。具體為將廢舊鋰離子電池放電、拆解、粘結劑在水中失效剝離、三價鐵源除雜、活化、與單質硫復合，最終制得鋰硫電池用碳硫復合正極材料。以廢舊鋰離子電池回收得到的碳材料為原料，制備高性能鋰硫電池復合正極材料的回收方案，實現了廢舊鋰離子電池負極碳材料的高經濟附加值回收，回收效率高，清潔環保，制備得到的碳硫復合正極材料吸納硫能力強，倍率性能和循環性能優異。

技術領域

本發明涉及廢舊鋰離子電池中的負極碳材料回收技術領域，具體涉及一種利用回收的廢舊鋰離子電池負極碳材料制備鋰硫電池用復合正極材料的方法。

背景技術

鋰離子電池由于其具有高電壓、高比能量、長循環壽命等缺點，自上世紀90年代以來在人類日常生活中得到了越來越廣泛的運用。從起初的3C產品領域至目前在電動汽車、電網儲能等的廣泛應用。隨著鋰離子電池的大規模應用，我國已經成為了目前世界上最大的電池生產國，2016年1～10月份我國鋰離子電池累計產量達606112.3萬只，預計未來五年(2017～2021)年均復合增長率將高達7.17％。2015年我國動力電池累計報廢量約為1000噸，據預測，到2020年前后，我國各種動力車用電池報廢量將超過1萬噸。鋰離子電池中含有大量銅、鈷、鎳等元素及有機電解液，報廢后不進行處理必然會造成嚴重的環境污染，破壞生態環境。但其中富含的鋰、鈷、鎳、銅等元素具有非常大的回收利用價值，因此，廢舊鋰離子電池及生產廢料的回收再利用已成為世界各國急需解決的難題。

目前，對廢舊鋰離子電池的回收再利用技術主要集中在對鋰、銅、鈷、鎳等金屬的回收利用上，而針對電池負極碳材料的回收再利用方法則相對較少。有的回收技術將回收到的碳負極，采用補料的方式重新獲得鋰離子電池用負極漿料。但是在鋰離子電池的制備過程中，所使用的電池材料對組分含量，雜質濃度、粒度等指標要求嚴格，回收得到的碳材料含有石墨、導電碳黑及少量含鋰固體電解質且難以去除，因此，采用此法所獲得的負極材料難以滿足作為鋰離子電池負極材料的要求，將其再次作為鋰離子負極材料將會極大地影響了鋰離子電池的電化學性能。

目前，大部分回收利用技術都僅僅停留在回收的層面，沒有為回收的碳材料找到具有高經濟附加值的利用方式，鋰離子電池負極碳材料為高品質的石墨及具有優良導電性的乙炔黑、導電碳黑等，將其作為潤滑石墨等利用方式難以實現廢物的高價值利用。

鋰硫電池是極具發展潛力和應用前景的高能量密度二次電池，它具有高比容量(1675mAh/g)和高能量密度(2600Wh/kg)。其正極材料主要為碳硫復合材料，負極材料為金屬鋰。結構穩定、導電性良好、大載硫量的碳硫復合材料是鋰硫電池具備優異倍率性能及高比容量的關鍵。單質硫吸附在多孔材料骨架上，在長時間循環過程中的多硫化合物會溶解到電解液中并通過電解液擴散，即產生穿梭效應，導致嚴重自放電及容量衰減等問題。目前，為了盡量降低穿梭效應，鋰硫電池正極材料需要設計復雜的夾層結構對多硫化物進行物理吸附或者需要采用復雜的制備方法將具有化學固硫作用的氧化物等材料彌散在碳骨架上，而且難以保持吸附物質的分散均勻。

現有技術中，廢舊鋰離子電池負極碳材料亟需一種具有高經濟附加值的回收利用技術。另外，現有鋰硫電池的碳硫復合材料亟需一種制備簡單的制備方法。

發明內容

本發明針對現有廢舊鋰離子電池負極碳材料的回收再利用方法相對較少，回收的碳材料缺乏具有高經濟附加值的利用方式等問題，本發明提供了一種廢舊鋰離子電池負極碳材料的利用方法，旨在實現鋰離子電池負極碳材料的高價回收。

一種廢舊鋰離子電池負極碳材料的利用方法，將從廢舊鋰離子電池分離得到的再生碳材料與硫復合，制得鋰硫電池用碳硫復合正極材料。