[發(fā)明專利]一種基于廢舊鋰離子電池負極材料的活化碳微球電極材料及其制備和應用

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• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111224189A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設計）人: 李長平;王剛;翁嘉澤;汪仕勇
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;H01M10/0525;H01M4/583
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李娜;李馨

本發(fā)明涉及一種基于廢舊鋰離子電池負極材料的活化碳微球電極材料及其制備和應用，涉及資源化再生利用及其電容去離子技術領域。一種基于廢舊鋰離子電池負極材料的活化碳微球電極材料的制備方法，包括下述工藝步驟：將氫氧化鉀與中間相碳微球制成漿狀物后于500～1000℃下進行活化反應得活化碳微球，所述中間相碳微球為由廢舊鋰離子電池的負極材料上剝離所得的中間相碳微球；將所得的中間相碳微球與其他試劑混合后涂布到石墨紙上干燥，得到活化碳微球電極材料。該活化碳微球電極所組裝成的CDI模塊可以達到與商業(yè)活性碳電極組裝成的CDI相近的脫鹽效果和充電效率，因此展現(xiàn)出良好的工業(yè)應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于廢舊鋰離子電池負極材料的活化碳微球電極材料及其制備和應用，涉及資源化再生利用及其電容去離子技術領域。

背景技術

可充電鋰離子電池具有高能量密度、高功率密度和高效率等優(yōu)點，是目前最成功的商業(yè)化電化學電源之一。鋰離子電池在便攜式電子設備和電動汽車上的廣泛應用，不可避免地每年產(chǎn)生大量的廢電池。預計到2020年，中國報廢汽車數(shù)量和重量將分別超過250億臺和50萬噸。如此大量的電池廢料副產(chǎn)品無疑是嚴重的環(huán)境公害；因此，回收和循環(huán)利用這些廢物資源符合全球向可持續(xù)發(fā)展模式的轉變。遺憾的是，目前對廢鋰離子電池回收工藝的研究僅限于正極材料的回收。濕法冶金法是用溶劑萃取法回收廢金屬最廣泛的方法。用檸檬酸、蘋果酸、抗壞血酸和天冬氨酸等有機酸進行浸出，也可實現(xiàn)Co和Li的高提取率。然而，從廢鋰離子電池中回收和探索廢負極材料(主要是碳基材料)的使用也是可取的，但還沒有進行詳細的技術方案。廢鋰離子電池碳渣具有量大、組分相對純凈、碳基結構優(yōu)越等優(yōu)點，為制備具有潛在應用前景的新型碳材料電極提供了合適的替代材料。

全球范圍內(nèi)的水資源中，有97％為海水資源，只有3％為淡水資源，并且淡水資源中77％被冰凍在兩極的冰川，可供人類可使用的淡水資源十分匱乏。另外，隨著工業(yè)化和農(nóng)業(yè)化進程的加速，工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)廢水的亂排濫放，淡水資源受到了嚴重的污染。面對當前淡水資源危機的挑戰(zhàn)和鑒于地球上具有豐富的海水及苦咸水資源，脫鹽技術成為解決淡水資源匱乏這一問題的有效途徑。由于傳統(tǒng)的脫鹽技術存在不足與缺點，電容去離子(CDI，Capacitive Deionizaiton)脫穎而出成為一種基于電容原理的新型脫鹽技術，具有低能耗、低成本、低污染等優(yōu)點。

常見的CDI模塊由兩個對立放置的電極組成，鹽溶液流過兩電極間的通道，當在兩電極間施加一定電壓時，鹽溶液中的離子會被吸附到電極上，達到吸附平衡后，可以通過短接或者反接電壓進行電極的再生。該操作簡便以及設計簡單等優(yōu)點而受到研究者的廣泛關注。目前，為了提高電吸附容量，人們研究了各種材料作為CDI電極的活性物質(zhì)，如活性碳，碳納米管、碳纖維布、碳氣凝膠、石墨烯以及各種金屬氧化物和贗電容材料等。綜上所述，活性碳是最常用的電極材料，已經(jīng)商業(yè)應用于電容去離子脫鹽技術中，但是制備成本依然很高。因此，有必要尋求價格更為低廉、環(huán)境友好的材料用于CDI電極中的活性物質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種廢舊鋰離子電池負極(碳微球)再生利用的方法，即將其制備成電容去離子電極材料用于電容去離子脫鹽技術；該方法簡單易行，操作方便；制備原料價格低廉，易于實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)；以活化碳微球為活性物質(zhì)的電極組成的CDI模塊具有吸附容量高，吸附過程電流效率高等優(yōu)點，有望替代商業(yè)活性碳，具有良好的工業(yè)應用前景。

一種活化碳微球電極材料的制備方法，所述方法包括下述工藝步驟：

S1，將氫氧化鉀與中間相碳微球按質(zhì)量比為6:1～1:1加水混合均勻后，加熱蒸干至形成漿狀物；惰性氣氛下，將所得漿狀物于500～1000℃下進行活化反應0.5～3h，升溫速率5℃/min～10℃/min，將反應所得產(chǎn)物洗滌至中性，得活化碳微球，所述中間相碳微球為由廢舊鋰離子電池的負極材料上剝離所得的中間相碳微球；