[發(fā)明專利]一種鋰離子電池石墨負(fù)極回收利用再生石墨烯的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911405775.6
• 申請(qǐng)日: 2019-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113131029A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛鷗;劉等等;王允;鐘國(guó)星;張盈;張美杰;鄭濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇天奈科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/54
• 分類號(hào): H01M10/54;H01M10/0525;C01B32/182;C01B32/194
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明通過(guò)對(duì)鋰離子電池石墨負(fù)極的回收，采用對(duì)鋰離子電池的放電、拆解、石墨預(yù)膨脹、中和以及烘干的步驟使電池負(fù)極的石墨被回收，同時(shí)有效的分離銅箔與石墨，回收的石墨純度較高；再對(duì)回收的石墨進(jìn)行再生，通過(guò)對(duì)石墨的低溫、中溫和高溫階段的反應(yīng)，成功將回收的石墨再生為石墨烯，不僅可以減少電池對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)可以節(jié)約資源，提高回收的石墨的利用率和應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池石墨負(fù)極回收利用再生石墨烯的方法。

背景技術(shù)

鋰離子二次電池自90年代前后問(wèn)世以來(lái)，以其能量密度高，工作電壓高，自放電小，循環(huán)壽命長(zhǎng)，無(wú)記憶效應(yīng)，安全性好而且對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為商用高檔二次電池的主流，被廣泛應(yīng)用于攝像機(jī)、移動(dòng)電話、筆記本電腦、充電寶等多種便攜式電子數(shù)碼產(chǎn)品，另外，它也將是未來(lái)電動(dòng)汽車輕型高能動(dòng)力電池的理想電源。然而，隨著鋰離子電池的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣且需求量逐漸增大，廢舊的鋰離子電池的數(shù)量也是急劇上升的。廢舊鋰離子電池主要出現(xiàn)在兩個(gè)方面，首先，在生產(chǎn)的過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生許多不合格的電池；其次，在鋰離子電池的使用壽命結(jié)束后，鋰離子電池也會(huì)成為廢舊產(chǎn)品。廢舊鋰離子電池中含有大量的石墨、電解液、隔膜以及正極材料，其中還包括鎳、鈷、鉻、錳等重金屬，所述的這些材料對(duì)大氣、土壤以及周圍的水體等造成不可挽回的污染，同時(shí)對(duì)人類和社會(huì)造成危害。因此，對(duì)鋰離子電池的后續(xù)處理是社會(huì)亟待解決的問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于正極材料的回收已經(jīng)逐漸形成產(chǎn)業(yè)化，趨于成熟；但是對(duì)于石墨負(fù)極的回收技術(shù)目前還無(wú)法直接產(chǎn)業(yè)化，這也是一直以來(lái)回收廢舊鋰離子電池的技術(shù)瓶頸，因此，對(duì)于石墨負(fù)極的回收和資源化利用是迫在眉睫的問(wèn)題。

石墨烯的制備方法主要包括物理方法和化學(xué)方法，物理方法是通過(guò)微機(jī)械剝離法、液相或者氣相直接剝離法來(lái)制備單層或多層石墨烯。化學(xué)方法包括化學(xué)氣相沉積法(CVD)、晶體外延生長(zhǎng)法(SiC高溫返火)、氧化-還原法等。石墨烯的在現(xiàn)今的生活應(yīng)用范圍廣泛，對(duì)于鋰離子電池中的石墨而言，其具有良好的導(dǎo)電性，較高的碳的純度、且石墨化程度高。因此將鋰離子電池的石墨負(fù)極進(jìn)行回收，從而達(dá)到節(jié)省資源，保護(hù)環(huán)境的效果。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池石墨負(fù)極回收利用再生石墨烯的方法以解決上述問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括：

一種鋰離子電池石墨負(fù)極回收利用再生石墨烯的方法，其步驟包括：

步驟(1)電池石墨負(fù)極的回收：取出鋰離子電池的石墨負(fù)極放入溶液中進(jìn)行預(yù)膨脹，充分反應(yīng)后分離銅箔和石墨分散溶液；石墨分散溶液經(jīng)過(guò)中和、固液分離、酸洗以及烘干后得到黑色石墨；

步驟(2)回收的石墨再生石墨烯：所述步驟(1)中黑色石墨經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸插層、氧化劑氧化、水解、固液分離、酸洗、烘干以及膨脹后制備石墨烯。

在其中一實(shí)施例中，所述步驟(1)中預(yù)膨脹所用溶液為水和/或稀鹽酸，所述預(yù)膨脹中溶液與石墨負(fù)極含量范圍為20:1～40:1。

在其中一實(shí)施例中，所述步驟(2)中強(qiáng)酸的加入量是所述步驟(1)中回收的黑色石墨重量的30-40倍。

在其中一實(shí)施例中，所述步驟(2)分為低溫階段、中溫階段和高溫階段，所述強(qiáng)酸插層和氧化劑氧化處于低溫階段，所述水解位于高溫階段之后。

在其中一實(shí)施例中，所述低溫階段保持在10-15℃，保持時(shí)間為1-1.5h；所述中溫階段為35-40℃，保持時(shí)間為1-3h；所述高溫階段為60-65℃，保持時(shí)間為1-1.5h。

在其中一實(shí)施例中，所述步驟(2)中的強(qiáng)酸為濃硫酸、濃硝酸以及高氯酸中的一種；氧化劑為高錳酸鉀、重鉻酸鉀、次氯酸鈉、氯酸鉀、次氯酸鉀、過(guò)硫酸鉀、五氧化二磷、鐵酸鉀、硝酸鈉以及硝酸鉀中的一種或幾種的組合。

在其中一實(shí)施例中，所述步驟(1)和步驟(2)中固液分離方式為抽濾或管式膜分離中一種。