一种离子液体包覆废旧动力电池人造石墨材料的再生方法技术

本发明专利技术公开了一种离子液体包覆废旧动力电池人造石墨材料的再生方法，属于电池回收领域。将回收的人造石墨材料除杂后与离子液体球磨退火进行碳包覆，实现材料再生。包括如下步骤：(1)、将废旧动力电池石墨材料经过球磨、酸洗去除杂质。(2)、将步骤(1)处理所得的人造石墨电极材料与离子液体混合球磨，惰性气氛煅烧得到离子液体掺杂包覆超薄碳的再生人造石墨负极。本发明专利技术工艺流程简洁，反应时间短，实现了人造石墨的无污染循环再生。

A Regeneration Method of Artificial Graphite Material for Waste Power Batteries Coated with Ionic Liquids

【技术实现步骤摘要】
一种离子液体包覆废旧动力电池人造石墨材料的再生方法
本专利技术涉及一种离子液体包覆废旧动力电池人造石墨材料的再生方法，属于电池回收领域。
技术介绍
人造石墨结晶度较低，整体表现为各向同性，在提高了极片的压缩密度和与电解液的浸润性，较大的晶面间距，有利于材料在锂离子嵌入脱出过程中结构稳定。因此人造石墨是更优良的动力电池负极材料。受国家能源补贴的影响，动力电池负极人造石墨的使用率持续增长。然而人造石墨加工工序繁琐，加之在生产过程中会产生大量的废气和粉尘，受环保限产影响，有效产能释放不足，供给维持紧张，近年来单价持续走高。现有回收技术忽视了对负极的再生处理，人造石墨负极作为回收废弃物被盲目填埋或高温焚烧，不仅造成了严重的资源浪费，还加剧了粉尘污染和温室效应。因此废旧动力电池中人造石墨的回收再生可以实现负极的无害化处理和资源再利用，具有可观的经济效益。人造石墨在循环和回收过程中表面破坏，结构裸露，如直接用于电极材料，在充放电过程中会与电解液发生副反应造成结构破坏，降低其容量和循环性能。因此，需要对回收的人造石墨进行表面包覆改性，以隔绝界面接触提高电导率。目前，工业上常采用的方法是将包覆材料溶解到溶剂中后与人造石墨混合均匀，去除溶剂，进而再通过碳化、粉碎等工艺得到包覆人造石墨材料。例如：专利号CN201410778031.X公布的一种氮掺杂纳米碳包覆/氧化改性石墨复合材料及的方法，先将石墨和氧化剂充分混合，通过水热反应得到氧化石墨，然后将材料烘干，再进行高温碳化，得到改性石墨复合材料。该方案工艺流程复杂，不适合工业化生产。专利CN201410331563.9公布的负极材料再生利用方法将石墨粉料分散于酚醛树脂溶液中，随后进行抽滤、烘干、热处理工序对石墨粉料进行修复，但由于在包覆过程中采用有机溶剂，造成环境污染大，工序复杂，生产成本高，同时包覆碳层厚度不均匀导致再生人造石墨负极性能不佳。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，弥补回收的人造石墨表面裸露，循环稳定性和倍率性能能较差的不足，通过固液相混合包覆使离子液体包覆到人造石墨的表面，随后进行高温碳化，离子液体的阳离子作为包覆的碳源前驱体，阴离子作为掺杂源和造孔剂。形成多孔碳层包覆。孔洞有利于再生人造石墨在充放电过程中离子的快速传输。包裹的碳层抑制电极材料充放电过程的结构崩塌和破坏，该方法制备的再生人造石墨电极材料具有倍率性能好，循环寿命长等特点。作为广泛研究和实验，本专利技术的专利技术人开发了一种离子液体包覆废旧动力电池人造石墨材料的再生方法，所述方法为：(1)、将废旧动力电池石墨材料经过球磨、酸洗去除杂质。(2)、将步骤(1)处理所得的人造石墨电极材料与离子液体混合球磨，惰性气氛煅烧得到离子液体掺杂包覆超薄碳的再生人造石墨负极。废旧动力电池人造石墨材料的球磨时间为1-5h，转速为100-500rap/min。优选球磨时间为3h，转速为400rap/min。酸洗选用：硫酸、盐酸、硝酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、草酸等中的一种或几种。浓度为1-5mol/L,时间为1-5h，环境温度为20-70℃，优选硫酸，浓度为3mol/L，时间为4h，环境温度为60℃。煅烧温度选用300-800℃，煅烧时间为0.5-10h。煅烧气氛为：氦气、氩气、氮气、二氧化碳等的一种或几种，优选氩气。再生步骤为：将回收人造石墨负极步骤包括将回收的废旧人造石墨电极材料与离子液体混合球磨，煅烧后得到离子液体掺杂包覆超薄碳的再生人造石墨负极。离子液体为：1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰胺盐、N-甲基，丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基，丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基，丙基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、N-甲基，丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐等的一种或几种。优选离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。离子液体与回收人造石墨负极材料混合的固液质量比为1:10-10:1。优选固液质量比为2:1。回收人造石墨与离子液体混合的球磨时间为1-5h，球磨转速为100-500rap/min。优选球磨时间为2h，球磨转速为200rap/min。离子液体包覆的煅烧温度选用300-800℃，煅烧时间为0.5-10h。煅烧气氛为：氦气、氩气、氮气、二氧化碳等的一种或几种。优选煅烧温度选用750℃，煅烧时间为3h，煅烧气氛为氩气。附图说明图1为本专利技术提供的离子液体包覆废旧动力电池人造石墨材料再生流程图。图2为本专利技术提供的离子液体包覆废旧动力电池人造石墨材料扫描电子显微镜照片。图3为本专利技术提供的离子液体包覆废旧动力电池人造石墨材料的XRD图谱。图4为本专利技术提供的离子液体包覆废旧动力电池人造石墨材料的倍率性能测试数据。具体实施方式所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。此外,下面所描述的本专利技术各个实施方案中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合下面对本专利技术作更进一步的说明。对再生人造石墨的测试如下：(1)扫描电子显微镜测试：扫描电子显微镜(SEM)仪器型号为:SU8020。将再生人造石墨样品烘干后制成样品，进行扫描电子显微镜测试。(2)X射线衍射(XRD)测试:使用X射线衍射仪，仪器型号为：Smartlab(9),测试参数采用Cu/Kα射线，电压为40KV,电流为100Ma,扫描速度为8°/min步长为0.02°，扫描角度为10°-90°。(3)倍率测试：使用蓝博电池测试系统，仪器型号为：CT2001A,测试参数采用0-2V电压区间，电流密度为0.2C、0.4C、0.8C、1C、2C、5C。实施例1取5克回收人造石墨粉末。400r/min球磨3小时后分散于3mol/L的硝酸溶液中，80℃加热搅拌2小时，过滤洗涤。置于真空烘箱中60℃烘干过夜。取干燥完毕的材料与10克1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体混合，300rap/min球磨5小时。在氩气气氛下650℃煅烧3小时。得到再生的离子液体掺杂包覆超薄碳的再生人造石墨负极。进一步对再生石墨样品进行电镜分析发现材料表面光洁，无杂质表明，同时表面覆盖包覆的碳层，实现碳包覆。X射线衍射(XRD)测试所得图谱与商业人造石墨相一致，无杂质峰，表明样品有较高纯度。倍率测试表明，再生人在石墨在0.2C的电流密度下容量为341.5mAh/g，当电流密度提到高1C时容量依旧保持145.8mAh/g，同时经高倍率循环后容量回到334.5mAh/g，表明再生人造石墨具有优异的倍率性能。实施例2取5克回收人造石墨粉末。300r/min球磨4小时后分散于3mol/L的盐酸溶液中，60℃加热搅拌3小时，过滤洗涤。置于真空烘箱中60℃烘干过夜。取干燥完毕的材料与3克1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体混合，400rap/min球磨5小时。在氦气气氛下600℃煅烧2.5小时。得到再生的离子液体掺杂包覆超薄碳的再生人造石墨负极。实施例3取5克回收人造石墨粉末。450r/min球磨2小时后分散于3mol/L的硫酸溶液中，70℃加热搅拌3小时，过滤洗涤。置于真空烘箱中60℃烘干过夜。取干燥完毕的材料与7克1-丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰胺盐离子液体混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子液体包覆废旧动力电池人造石墨材料的再生方法，其特征在于：(1)、将废旧动力电池石墨材料经过球磨、酸洗去除杂质。(2)、将步骤(1)处理所得的人造石墨电极材料与离子液体混合球磨，惰性气氛煅烧得到离子液体掺杂包覆超薄碳的再生人造石墨负极。

【技术特征摘要】
1.一种离子液体包覆废旧动力电池人造石墨材料的再生方法，其特征在于：(1)、将废旧动力电池石墨材料经过球磨、酸洗去除杂质。(2)、将步骤(1)处理所得的人造石墨电极材料与离子液体混合球磨，惰性气氛煅烧得到离子液体掺杂包覆超薄碳的再生人造石墨负极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨时间为1-5h，转速为100-500rap/min。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸洗选用：硫酸、盐酸、硝酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、草酸等中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸液浓度为0.5-5mol/L,时间为1-5h，环境温度为20-70℃。5.根据权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海涛，邢春贤，张锁江，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11