采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法技术

本发明专利技术属于电化学储能空气电极制备相关技术领域，其公开了一种采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法，其包括以下步骤：(1)提供废旧锂离子电池，并将所述废旧锂离子电池的阴极拆解出来；(2)分解及回收所述阴极的阴极活性材料，并将得到的所述阴极活性材料进行热处理；(3)将热处理后的所述阴极活性材料与有机溶剂混合后经超声振荡及机械振荡处理以制成均匀的浆料；(4)提供电极基板，保持所述电极基板在预定温度下，通过气刷将所述浆料喷涂到所述电极基板上以制备成空气电极。

Method for preparing air electrode by using cathode recovery material of waste lithium ion battery

The invention belongs to the technical field of related electrochemical energy storage air electrode preparation, which discloses a method for recycling cathode material preparation air electrode using the waste lithium ion battery, which comprises the following steps: (1) provide waste lithium ion battery, and the waste lithium ion battery cathode dismantling; (2) cathode active material decomposition and recovery of the cathode, and will be the cathode active material and heat treatment; (3) after heat treatment of the cathode active material mixed with organic solvent by ultrasonic vibration and mechanical vibration treatment to produce uniform slurry; (4) provide electrode substrate, maintain the electrode substrate at a predetermined temperature, the gas will brush the slurry spraying to the electrode substrate to prepare air electrode.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学储能空气电极制备相关
，更具体地，涉及一种采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法。
技术介绍
空气电极是金属空气电池和再生燃料电池技术的关键部件，具有高体积能量比、运行电压平稳、无毒、污染小、结构简单等优点，有较好的发展和应用前景。目前，空气电极主要由催化活性粉末材料(贵金属及其合金、过渡金属氧化物等)、导电碳粉末材料以及高分子粘合材料等混合后，涂布于疏水碳纸等气体扩散层上而制备。疏水的气体扩散层可以吸入或者呼出空气中的氧气，而空气电极在充电和放电时分别发生氧析出和氧还原反应，如在碱性条件下：催化活性材料需要具有良好的氧还原和氧析出双功能催化活性，同时必须在析氧反应时有较好的耐腐蚀性质，因此，催化活性材料常常采用价格昂贵的铂、铱等贵金属，造成了空气电极的制造成本一直居高不下，限制了空气电极的大规模商业应用，寻求高性价比的催化剂一直是空气电极研究的热点之一。镍、钴等金属氧化物粉末掺杂后在碱性条件下可以表现出和贵金属催化剂相当的催化活性，相对成本更低，是理想的贵金属替代材料。然而，镍和钴等金属的储量并不大，且其纳米文墨催化剂合成工艺复杂，扩大其原料来源和简化制备工艺仍然是目前采用镍钴等金属氧化物的空气电极需要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法，其基于空气电极的催化活性材料的特点，提出了采用废旧锂离子电池的阴极来制备空气电极的方法。本专利技术提供的采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法由于采用廉价的废旧锂离子电池为原料来制备空气电极，降低了空气电极的制作成本，且制备工艺简单，无污染；同时，也为废旧锂离子电池的固废污染及回收过程中的二次污染等问题提供了解决方案。为实现上述目的，本专利技术提供了一种采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法，其包括以下步骤：(1)提供废旧锂离子电池，并将所述废旧锂离子电池的阴极拆解出来；(2)分解及回收所述阴极的阴极活性材料，并将得到的所述阴极活性材料进行热处理，所述阴极活性材料包括镍、钴、锰金属氧化物；(3)将热处理后的所述阴极活性材料与有机溶剂混合后经超声振荡及机械振荡处理以制成均匀的浆料；(4)提供电极基板，保持所述电极基板在预定温度下，通过气刷将所述浆料喷涂到所述电极基板上以制备成空气电极。进一步的，所述阴极活性材料的热处理温度为600℃～900℃，热处理时间为3～6小时。进一步的，所述阴极通过强碱溶解铝箔或者有机溶剂溶解粘合剂来得到所述阴极活性材料。进一步的，超声振荡处理的时间为10分钟，机械振荡处理的时间为12小时；所述超声振荡处理先于所述机械振荡处理进行。进一步的，所述预定温度为80℃～110℃。进一步的，所述电极基板为多孔的气体扩散层。进一步的，所述电极基板为碳纸。进一步的，将热处理后的所述阴极活性材料与有机溶剂混合后经超声振荡及机械振荡处理以制成均匀的浆料的过程包括以下步骤：(31)按照预定质量比称取所述阴极活性材料、碳粉、预定体积比的重量百分比为60％的聚四氟乙烯水乳液、重量百分比为6.67％的聚全氟磺酸乙醇溶液及乙醇混合得到浆料；(32)将所述浆料先后进行超声振荡及机械振荡处理以制成均匀的浆料。进一步的，所述阴极活性材料与所述碳粉的预定质量比为1:1。进一步的，所述聚四氟乙烯水乳液与聚全氟磺酸乙醇溶液的预定体积比为1:500。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法，其采用廉价的废旧锂离子电池为原料来制备空气电极，降低了空气电极的制作成本，且制备工艺简单，无污染；同时，也为废旧锂离子电池的固废污染及回收过程中的二次污染等问题提供了解决方案。附图说明图1是本专利技术较佳实施方式提供的采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法的流程示意图。图2是利用图1中的采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法制成的空气电极的结构示意图。图3是图1中的采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法涉及的阴极活性材料的氧还原反应的测试曲线图。图4是图1中的采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法涉及的阴极活性材料的电子转移数曲线图。图5是图1中的采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法涉及的阴极活性材料的析氧反应的测试曲线图。图6是采用图1中的采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法制成的空气电极制备的锌空气电池的测试曲线图。图7是图6中的锌空气电池的充放电测试曲线图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-电极基板，2-阴极活性材料层，10-空气电极。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅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式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。请参阅图1至图2，本专利技术较佳实施方式提供的采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法，其由于采用廉价的回收材料，且制备工艺简单，降低了空气电极的制作成本；同时，也提供了一种短流程、清洁环保、高值化的废旧锂离子电池材料的回收方法，有利于解决废旧锂离子电池的固废污染及回收过程中的二次污染等问题。本实施方式中，所述采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法主要包括以下步骤：步骤一，提供废旧锂离子电池，并将所述废旧锂离子电池的阴极拆解出来。具体地，提供所述废旧锂离子电池，将所述废旧锂离子电池进行放电，然后将所述废旧锂离子电池从一侧拆开，以将所述废旧锂离子电池的阴极拆解出来。步骤二，分解及回收所述废旧锂离子电池的阴极活性材料，并将得到的阴极活性材料进行热处理。具体地，将所述阴极通过强碱溶解铝箔或者有机溶液溶解粘合剂将阴极活性材料进行分解及回收，再将所述阴极活性材料在600℃～900℃下热处理3～6小时，使所述阴极活性材料具备较好的氧还原反应和氧析出反应的催化活性。优选的，所述阴极活性材料的热处理温度为600℃，热处理时间为5小时。本实施方式中，将所述阴极通过浓度为1摩尔每升的氢氧化钠碱浸以得到所述废旧锂离子电池的阴极活性材料；所述阴极活性材料主要包括镍、钴、锰金属氧化物。步骤三，将热处理后的所述阴极活性材料与有机溶剂混合后经超声振荡及机械振荡处理以制成均匀的浆料。具体地，按照预定质量比称取所述阴极活性材料、碳粉、预定体积的重量百分比为60％的聚四氟乙烯水乳液、重量百分比为6.67％的聚全氟磺酸乙醇溶液及乙醇混合得到浆料，将所述浆料先后进行预定时间的超声振荡及机械振荡处理以制成均匀的浆料。本实施方式中，所述阴极活性材料及所述碳粉质量分别为150毫克、150毫克；所述聚四氟乙烯水乳液与聚全氟磺酸乙醇溶液的预定体积比为1:500，两者的预定体积分别为9.75微升及5毫升；可以理解，在其其他实施方式中，所述阴极活性材料与所述碳粉的预定质量比可以为其他数值，如3:1。超声振荡处理的预定时间为10分钟，机械振荡处理的预定时间为12小时。步骤四，提供电极基板，保持所述电极基板在预定温度下，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法，其包括以下步骤：(1)提供废旧锂离子电池，并将所述废旧锂离子电池的阴极拆解出来；(2)分解及回收所述阴极的阴极活性材料，并将得到的所述阴极活性材料进行热处理，所述阴极活性材料包括镍、钴、锰金属氧化物；(3)将热处理后的所述阴极活性材料与有机溶剂混合后经超声振荡及机械振荡处理以制成均匀的浆料；(4)提供电极基板，保持所述电极基板在预定温度下，通过气刷将所述浆料喷涂到所述电极基板上以制备成空气电极。

【技术特征摘要】
1.一种采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法，其包括以下步骤：(1)提供废旧锂离子电池，并将所述废旧锂离子电池的阴极拆解出来；(2)分解及回收所述阴极的阴极活性材料，并将得到的所述阴极活性材料进行热处理，所述阴极活性材料包括镍、钴、锰金属氧化物；(3)将热处理后的所述阴极活性材料与有机溶剂混合后经超声振荡及机械振荡处理以制成均匀的浆料；(4)提供电极基板，保持所述电极基板在预定温度下，通过气刷将所述浆料喷涂到所述电极基板上以制备成空气电极。2.如权利要求1所述的采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法，其特征在于：所述阴极活性材料的热处理温度为600℃～900℃，热处理时间为3～6小时。3.如权利要求2所述的采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法，其特征在于：所述阴极通过强碱溶解铝箔或者有机溶剂溶解粘合剂来得到所述阴极活性材料。4.如权利要求1所述的采用废旧锂离子电池阴极回收材料制备空气电极的方法，其特征在于：超声振荡处理的时间为10分钟，机械振荡处理的时间为12小时；所述超声振荡处理先于所述机械振荡处理进行。5.如权利要求1所述的采用废旧锂离子电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴旭，韦聚才，赵世昌，纪良鑫，周婷，苗阳阳，李顶根，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42