[發(fā)明專(zhuān)利]一種利用廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料制備的碳基電催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110937150.5
• 申請(qǐng)日: 2021-08-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113707893B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬兆玲;劉葵;申彥豪;李慶余;王紅強(qiáng);蔡業(yè)政
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣西師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/90
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/90;H01M4/88;H01M10/54
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

本發(fā)明公開(kāi)了一種利用廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料制備的碳基電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，所述制備方法，包括以下步驟：將廢舊磷酸鐵鋰電池正極片于保護(hù)氣氛下熱處理，收集廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料并研磨獲得廢舊正極粉末，將廢舊正極粉末加入堿溶液中處理，固液分離獲得粉末A，將粉末A加入酸溶液中，反應(yīng)，固液分離獲得粉末B，再將粉末B與氮源混合，煅燒，即得碳基電催化劑。本發(fā)明采用廢舊磷酸鐵鋰電池的正極材料為原料，使制備催化劑的成本降低，保護(hù)環(huán)境的同時(shí)提高了資源利用率，既有社會(huì)效益又有經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，操作容易，合成的催化劑具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和較多的催化活性位點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于燃料電池領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料制備的碳基電催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著科技日新月異的發(fā)展，鋰離子電池因循環(huán)壽命長(zhǎng)、體積小、能量密度高、適應(yīng)溫度范圍廣、安全性能好等優(yōu)良性能在生產(chǎn)與生活中越來(lái)越廣泛應(yīng)用，其中以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子電池更是占有舉足輕重的地位，但隨之必然導(dǎo)致大量廢舊電池的產(chǎn)生，若隨意丟棄將對(duì)環(huán)境造成不可估量的污染，最終危害到自身的生命健康，所以對(duì)廢舊鋰離子電池的回收至關(guān)重要。

廢舊LiFePO₄電池首先經(jīng)過(guò)放電、拆解，將電池殼、負(fù)極材料、正極材料以及隔膜等部件拆解分離，然后分別回收。其中，正極材料通過(guò)熱處理、堿浸或有機(jī)溶劑法來(lái)分離活性物質(zhì)，再采用高溫直接再生或濕法工藝回收其中的有價(jià)金屬。濕法回收技術(shù)較為成熟，對(duì)廢舊電池的前處理要求比較低，可以實(shí)現(xiàn)較高的金屬回收率，從而得到高純度的前驅(qū)體材料，設(shè)備及技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，有望成為未來(lái)廢舊磷酸鐵鋰電池回收的工業(yè)化技術(shù)。

鉑基催化劑是氧還原反應(yīng)中性能最好的貴金屬催化劑，但鉑資源有限，價(jià)格昂貴，并且鉑在碳載體表面的遷移和團(tuán)聚降低了穩(wěn)定性，因此開(kāi)發(fā)低成本、高催化活性及耐久性的非貴金屬催化劑成為熱點(diǎn)。而在眾多非貴金屬催化劑中，雜原子摻雜碳基催化劑很有前途。許多研究都是在特定碳源中引入雜原子和缺陷來(lái)提升催化活性，但摻雜位置和量不可控制，使活性參差不齊，所以要尋找摻雜穩(wěn)定的碳基材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種方法簡(jiǎn)單、成本低、經(jīng)濟(jì)效益好的利用廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料制備碳基電催化劑(碳基氧還原催化劑)的制備方法，本發(fā)明采用廢舊磷酸鐵鋰電池的正極材料為原料，制備催化劑的成本大大降低，保護(hù)環(huán)境的同時(shí)提高資源利用率，既有社會(huì)效益又有經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供上述制備方法所制備的具有優(yōu)異催化性能的碳基電催化劑。

本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供上述制備方法所制備的碳基電催化劑的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種利用廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料制備碳基電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

將廢舊磷酸鐵鋰電池正極片于保護(hù)氣氛下熱處理，收集廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料并研磨獲得廢舊正極粉末，將廢舊正極粉末加入堿溶液中處理，固液分離獲得粉末A，將粉末A加入酸溶液中，反應(yīng)，固液分離獲得粉末B，再將粉末B與氮源混合，煅燒，即得碳基電催化劑。

本發(fā)明的制備方法，以廢舊磷酸鐵鋰電池正極片為原料，鋰離子電池的反復(fù)充放電使其中的導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑在離子嵌入和脫出時(shí)已經(jīng)摻入金屬；而在回收廢舊磷酸鐵鋰電池正極片的過(guò)程中，又將其浸泡在NaCl溶液中放電，從而在正極材料表面制造缺陷并引入雜原子，而所制備的缺陷可以為氮摻雜提供更多的摻雜位點(diǎn)。