一种回收废弃锂亚电池制备锂-硫电池正极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种回收废弃锂亚电池制备锂‑硫电池正极材料的方法：(1)将放电后的废弃锂亚硫酰氯电池拆卸，收集正极的硫/碳黑混合物；(2)用易挥发的有机溶剂清洗，过滤后收集滤渣；(3)加入到酸溶液中，加热搅拌，过滤，用水洗滤渣至中性，干燥收集得到的样品。本发明专利技术通过回收废弃锂亚电池得到一种硫单质非常均匀分布在碳黑的锂‑硫电池正极材料，该产品中硫具有非常均匀的分散性并且同碳黑间具有强的相互间作用力，碳黑能很好地导电和缓冲抑制硫体积膨胀；本发明专利技术方法简单易行，经济环保，易于规模化，具有广阔的应用前景、经济效益价值和社会环保价值。

A method of recycling waste lithium battery lithium sulfur battery cathode material

The invention discloses a method for recycling waste lithium battery lithium sulfur battery cathode material: (1) the discharge of waste lithium thionyl chloride battery disassembly, collection of sulfur cathode / carbon black mixtures; (2) for cleaning volatile organic solvents, filtration after collecting filter residue; (3) added to the acid solution, heating and stirring, filtering, washing the filter residue to neutral, drying the collected samples. The present invention through recycling of waste lithium batteries have a very uniform distribution of sulfur in lithium sulfur battery cathode material, carbon black, sulfur in the product has a very uniform dispersion of carbon black and has a strong intermolecular interaction, carbon black can be a good conductive and buffer control sulfur volume expansion; the method of the invention is simple easy, economical and environmentally friendly, easy to scale, has a broad application prospect, economic value and social value of environmental protection.

【技术实现步骤摘要】
一种回收废弃锂亚电池制备锂-硫电池正极材料的方法
本专利技术涉及一种电池正极材料的制备方法，特别涉及一种回收废弃锂亚电池制备锂-硫电池正极材料的方法。
技术介绍
锂亚硫酰氯电池，简称锂亚电池，已成为当今世界上生产的主要锂电池系列产品，广泛应用于航空航天、电子通讯、仪器仪表等领域，仅中国每年的锂亚硫酰氯电池消耗就上亿只。锂亚硫酰氯电池采用金属锂作为负极材料，亚硫酰氯为正极活性物质，碳黑为正极载体材料和集流体。在电池放电时，生成单质硫原位附着在正极碳黑表面，直至反应终止，电池废弃后如处理不当易污染环境，当前电池回收门槛高，目前国内鲜有废弃锂亚硫酰氯电池的回收技术报道。锂-硫电池被认为是便携式电子设备及纯电动汽车的下一代高能量密度电源，受到工业界和科学界的极大地关注。锂-硫电池以单质硫为正极，金属锂为负极，通过硫-硫键的断裂/生成来实现电能与化学能相互转换，其理论比容量高达1675mAhg-1，是一类能量密度高、低成本、环境友好的电池体系【Acc.Chem.Res.2013,46,1125；Nat.Mater.2012,11,19】。但硫的电子和离子绝缘性及充放电过程中的体积膨胀使锂-硫电池容量和循环稳定性下降【Nat.Mater.2009,8,500】，因此通常用碳材料与硫复合来增加硫的导电性和抑制硫的体积膨胀。通常固态硫需热处理及低压(真空)等成为硫蒸汽后与碳材料复合【一种锂硫电池正极材料、制备方法和锂硫电池CN104779376A；一种用于锂硫电池的多孔硫正极、其制备方法及锂硫电池，CN104362294A】，所需设备复杂，硫分布均匀性难于控制，不适合大规模制备。液态分散负载硫单质虽然具有较好的分散性，但通常需将硫单质溶于有机溶剂，但使用的二硫化碳等溶剂毒性大，步骤繁琐，难于控制和批量制备【锂硫电池正极材料及其制备方法，CN105140461A；Nanoletters,2011,11,4288；电化学,2015,21,211】。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术旨在解决目前废弃锂亚硫酰氯电池回收困难及锂-硫电池正极材料制备方法存在工艺复杂、步骤繁琐、成本高、不易控制和批量化制备的问题提供一种通过回收废弃锂亚硫酰氯电池制备锂-硫电池正极材料的方法。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种回收废弃锂亚电池制备锂-硫电池正极材料的方法，包含以下操作步骤：(1)将放电后的废弃锂亚硫酰氯电池拆卸，收集正极的硫/碳黑混合物；(2)将(1)收集到的硫/碳黑混合物用易挥发的有机溶剂清洗，待硫/碳黑混合物中的亚硫酰氯和聚偏氟乙烯清洗干净，过滤后收集滤渣；(3)将(2)收集后所得滤渣，即硫/碳黑混合物加入到酸溶液中，加热搅拌，过滤，用水洗涤滤渣至洗出液呈中性，干燥收集得到的样品。优选的是，步骤(2)中所述的易挥发有机溶剂为乙醇、甲醇、乙醚、丙酮、正已烷、醋酸乙酯、甲乙酮、四氢呋喃或甲苯中的一种或一种以上混合物。优选的是，步骤(3)中所述的酸溶液浓度为0.5～8mol/L。优选的是，步骤(3)中所述的酸溶液浓度为1～3mol/L。优选的是，步骤(3)中所述的酸溶液为硫酸溶液、盐酸溶液或硝酸溶液中的一种或一种以上混合物。优选的是，步骤(3)中所述的加热的温度为35～80℃，搅拌时间为1～24小时。优选的是，步骤(3)中所述的加热的温度为50～70℃，搅拌时间为3～6小时。优选的是，在步骤(3)中向5g步骤(2)收集所得滤渣加入10～1000ml的酸溶液中。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过回收废弃锂亚电池得到一种硫单质非常均匀的分布在碳黑的锂-硫电池正极材料，该产品中硫具有非常均匀的分散性并且同碳黑间具有强的相互间作用力，碳黑能很好地导电和缓冲抑制硫体积膨胀；进一步的，本专利技术是通过回收废弃物，大大降低生产成本的同时，还有效的解决了废弃锂亚电池难回收、对环境造成污染的问题；本专利技术方法简单易行，经济环保，易于规模化，具有广阔的应用前景、经济效益价值和社会环保价值。附图说明图1是拆卸的废旧锂-硫电池后未处理的硫/碳黑混合物图片。图2是本专利技术实施例1制备所得锂-硫电池正极材料的X射线衍射图。图3是本专利技术实施列1制备所得锂-硫电池正极材料的扫描电镜图。图4是本专利技术实施列1制备所得锂-硫电池正极材料的碳元素和硫元素的分布图。图5是本专利技术制备所得锂-硫电池正极材料的热重TG分析图。图6是本专利技术制备所得锂-硫电池正极材料的电池循环性能图，A是按硫/碳黑为活性物质计算得到的电池循环性能图，B是按照纯硫为活性物质计算得到的电池循环性能图。具体实施方式下面结合附图具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。实施例1一种回收废弃锂亚电池制备锂-硫电池正极材料的方法，操作步骤如下：(1)将放电后的废弃锂亚硫酰氯电池(ER14250)拆卸，收集正极的硫/碳黑混合物5g；(2)将步骤(1)收集到的5g硫/碳黑混合物用乙醇清洗，过滤后收集滤渣；(3)将步骤(2)中收集后所得5g滤渣，即硫/碳黑混合物加入到100mL混合酸(混合酸为1mol/L盐酸+1mol/L硝酸，二者体积比为1：1)中，50℃加热搅拌3小时，过滤，用去离子水洗涤滤渣至洗出液呈中性，干燥收集得到的样品，即为锂-硫电池正极材料；将所得样品进行X射线衍射、扫描电镜、热重TG分析和电化学性能测试表征，如图2～6所示。实施例2一种回收废弃锂亚电池制备锂-硫电池正极材料的方法，操作步骤如下：(1)将放电后的废弃锂亚硫酰氯电池拆卸，收集正极的硫/碳黑混合物；(2)将步骤(1)收集到的5g硫/碳黑混合物用有机溶剂乙醚、丙酮和正已烷的混合物(三者体积比1:1:1混合所得混合物)清洗，过滤后将滤渣干燥；(3)将步骤(2)中干燥后所得5g滤渣，硫/碳黑混合物加入到10ml浓度为8mol/L的硝酸溶液中，35℃加热搅拌24小时，过滤，用去离子水洗滤渣至洗出液呈中性，干燥收集得到的样品，即为锂-硫电池正极材料。实施例3一种回收废弃锂亚电池制备锂-硫电池正极材料的方法，操作步骤如下：(1)将放电后的废弃锂亚硫酰氯电池拆卸，收集正极的硫/碳黑混合物；(2)将步骤(1)收集到的5g硫/碳黑混合物用有机溶剂醋酸乙酯清洗，过滤后将滤渣干燥；(3)将步骤(2)中干燥后所得5g滤渣，硫/碳黑混合物加入到1000ml浓度为0.5mol/L的盐酸溶液和硝酸溶液混合物(0.5mol/L盐酸溶液和0.5mol/L的硝酸溶液体积比1:1混合)中，80℃加热搅拌1小时，过滤，用去离子水洗滤渣至洗出液呈中性，干燥收集得到的样品，即为锂-硫电池正极材料。实施例4一种回收废弃锂亚电池制备锂-硫电池正极材料的方法，操作步骤如下：(1)将放电后的废弃锂亚硫酰氯电池拆卸，收集正极的硫/碳黑混合物；(2)将步骤(1)收集到的5g硫/碳黑混合物用甲乙酮、四氢呋喃和甲苯混合的有机溶剂清洗，过滤后将滤渣干燥；(3)将步骤(2)中干燥后所得5g滤渣，硫/碳黑混合物加入到510ml浓度为3mol/L的盐酸溶液中，70℃加热搅拌6小时，过滤，用去离子水洗滤渣至洗出液呈中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回收废弃锂亚电池制备锂‑硫电池正极材料的方法，其特征在于，包含以下操作步骤：(1)将放电后的废弃锂亚硫酰氯电池拆卸，收集正极的硫/碳黑混合物；(2)将(1)收集到的硫/碳黑混合物用易挥发的有机溶剂清洗，过滤后收集滤渣；(3)将(2)收集后所得滤渣加入到酸溶液中，加热搅拌，过滤，用水洗滤渣至中性，干燥收集得到的样品。

【技术特征摘要】
1.一种回收废弃锂亚电池制备锂-硫电池正极材料的方法，其特征在于，包含以下操作步骤：(1)将放电后的废弃锂亚硫酰氯电池拆卸，收集正极的硫/碳黑混合物；(2)将(1)收集到的硫/碳黑混合物用易挥发的有机溶剂清洗，过滤后收集滤渣；(3)将(2)收集后所得滤渣加入到酸溶液中，加热搅拌，过滤，用水洗滤渣至中性，干燥收集得到的样品。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的易挥发有机溶剂为乙醇、甲醇、乙醚、丙酮、正已烷、醋酸乙酯、甲乙酮、四氢呋喃或甲苯中的一种或一种以上混合物。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的酸溶液浓度为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：朱金良，沈培康，李健全，钟伟乐，陈挺，黄士志，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45