[發明專利]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用

有效

• 申請號: 202110937150.5
• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113707893B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 馬兆玲;劉葵;申彥豪;李慶余;王紅強;蔡業政
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M10/54
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

本發明公開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，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，保護環境的同時提高了資源利用率，既有社會效益又有經濟效益。本發明方法工藝簡單，操作容易，合成的催化劑具有三維網絡結構和較多的催化活性位點，可廣泛應用于燃料電池領域。

技術領域

本發明屬于電催化劑制備技術領域，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用。

背景技術

隨著科技日新月異的發展，鋰離子電池因循環壽命長、體積小、能量密度高、適應溫度范圍廣、安全性能好等優良性能在生產與生活中越來越廣泛應用，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，但隨之必然導致大量廢舊電池的產生，若隨意丟棄將對環境造成不可估量的污染，最終危害到自身的生命健康，所以對廢舊鋰離子電池的回收至關重要。

廢舊LiFePO₄電池首先經過放電、拆解，將電池殼、負極材料、正極材料以及隔膜等部件拆解分離，然后分別回收。其中，正極材料通過熱處理、堿浸或有機溶劑法來分離活性物質，再采用高溫直接再生或濕法工藝回收其中的有價金屬。濕法回收技術較為成熟，對廢舊電池的前處理要求比較低，可以實現較高的金屬回收率，從而得到高純度的前驅體材料，設備及技術易于實現工業化應用，有望成為未來廢舊磷酸鐵鋰電池回收的工業化技術。

鉑基催化劑是氧還原反應中性能最好的貴金屬催化劑，但鉑資源有限，價格昂貴，并且鉑在碳載體表面的遷移和團聚降低了穩定性，因此開發低成本、高催化活性及耐久性的非貴金屬催化劑成為熱點。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，所以要尋找摻雜穩定的碳基材料。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的第一個目的在于提供一種方法簡單、成本低、經濟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，保護環境的同時提高資源利用率，既有社會效益又有經濟效益。

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

本發明的第三個目的在于提供上述制備方法所制備的碳基電催化劑的應用。

為了實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

本發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，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，鋰離子電池的反復充放電使其中的導電劑和粘結劑在離子嵌入和脫出時已經摻入金屬；而在回收廢舊磷酸鐵鋰電池正極片的過程中，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。