一种动力电池中石墨纯化及晶格重构方法技术

本发明专利技术公开了一种动力电池中石墨纯化及晶格重构的方法，包括以下步骤：将废旧动力电池依次经过放电、粗破、热解、细破、分选，得到电极材料粉；将电极材料粉和金属提取剂混合，静置，再用纯化剂A洗涤，过滤，得滤渣A，将滤渣A和金属提取剂混合，静置，再用纯化剂B洗涤，过滤，得粗石墨；将粗石墨进行去有机化处理，冷却，球磨，通气置换，即得初纯化石墨；将稀有气体通入初纯化石墨中修复石墨晶格，即得。本发明专利技术采用类似于真空蒸镀的方式除去石墨中的有机成分，利用在高温真空条件下使有机物杂质蒸发或升华为气态粒子，气态粒子在负压下与石墨实现彻底分离，可以除去有机物，从而得到高纯石墨。

【技术实现步骤摘要】
一种动力电池中石墨纯化及晶格重构方法
本专利技术属于电池石墨领域，具体涉及一种动力电池中石墨纯化及晶格重构方法。
技术介绍
在政策的推动下，新能源产业蓬勃发展。与此同时，动力电池退役数量逐年升高，之前装机的动力电池陆续在2018年至2025年进入退役期。按照乘用和商用动力电车电池使用寿命分别为8年和5年来估算，预计2022年退役动力电池将会达到32.94GWh，预计2020年市场规模将达到110亿元，到2025年将达到380亿元。因此，对退役动力电池进行回收再利用，具有极高的经济效益和社会价值。近年来，锂电池报废高峰带来的海量报废电池，面对其中如此庞大的废弃石墨，若盲目地采用填埋或高温焚烧的处理方式，虽然可初步解决眼前的困境，但从长远来看，这样的做法不仅加剧了大气的粉尘污染与温室效应，而且影响了石墨行业的可持续发展。报废电池的回收技术、无害化处理技术已成为关注热点。传统回收再生石墨是采用醋酸纤维素包覆作为表面修饰剂，在氮气气氛下在300-900℃条件下进行表面修饰，如《一种废旧锂离子电池阳极材料石墨的回收及修复方法》(CN101710632A)。然而，这种传统的回收方式不能有效地去除石墨负极材料中的金属杂质和有机杂质，并且回收得到的石墨的石墨化度较低，电性能差且不稳定，技术较落后。此外，现有的一次浸出提纯金属的处理，虽能有效回收金属，但却难以保证石墨的纯度，尤其是对石墨废料进行晶格修复时，会在石墨晶格内引入杂质，难以保证其纯度。因此，亟需开发一种使用的原料成本低、效率高、得到的动力电池中石墨纯化及晶格重构方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种动力电池中石墨纯化及晶格重构的方法和石墨，该纯化及晶格重构方法使用的原料成本低、效率高，得到的石墨负极材料组装成电池后经过1600次循环仍具有良好的电化学性能，且高于市场同类产品。为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种动力电池中石墨纯化及晶格重构的方法，包括以下步骤：(1)将废旧动力电池依次经过放电、粗破、热解、细破、分选，分别得到电极材料粉、铜粉、铝粉、铁粉；(2)将电极材料粉和金属提取剂混合，静置，再用纯化剂A洗涤，过滤，得滤渣A，将滤渣A和金属提取剂混合，静置，再用纯化剂B洗涤，过滤，得粗石墨；(3)将粗石墨进行去有机化处理，冷却，球磨，通气置换，即得初纯化石墨；(4)将稀有气体通入初纯化石墨中修复石墨晶格，即得；步骤(2)中所述纯化剂A为盐酸、乙醇和丙酮的混合溶液，所述纯化剂B为去离子水、乙醇和丙酮的混合溶液。优选地，步骤(1)所述热解在无氧环境中进行，热解温度为350℃-800℃，热解的时间为1-20h。优选地，步骤(2)所述金属提取剂为王水和氧化剂的混合液、王水中的一种。进一步优选地，所述氧化剂为过氧化氢、过氧化钠、过氧化钾、次氯酸钠或次氯酸钾中的至少一种。更优选地，所述氧化剂的浓度为0.05-1mol/L。更优选地，所述王水的浓度为10％-50％。优选地，所述盐酸、乙醇和丙酮的质量比为1:(1-5):(1-5)。优选地，所述去离子水、乙醇和丙酮的质量比为1:(1-5):(1-5)。优选地，步骤(3)所述去有机化处理的过程为将粗石墨置于升温速率为1-5℃/min的真空炉中升温至200℃-250℃进行去有机化处理，时间为2-4h。优选地，步骤(3)所述石墨的转速为100-3000r/min，时间为20-60分钟。优选地，步骤(3)所述置换的过程为以5-30mL/min的流速通入置换气，再以升温速率1-5℃/min升温至250℃-450℃进行置换，置换时间为20-40min。更优选地，所述置换气为H2和N2的混合气。优选地，步骤(4)中所述稀有气体为体积纯度为99.999％的He。优选地，步骤(4)中所述修复石墨晶格的具体过程为在40-80min内以5-30mL/min的流速通入稀有气体，关闭进气和出气阀门，以10-20℃/min的升温速率升至2400℃-2600℃，保温10-30min，再以3-10℃/min升温至2600℃-3200℃，在6-10h内受损晶格的石墨进行修复，得到电池级石墨。一种石墨，是由上述方法制得。有益效果1、本专利技术采用类似于真空蒸镀的方式除去石墨中的有机成分，本专利技术利用在高温真空条件下使有机物杂质蒸发或升华为气态粒子，气态粒子在负压下与石墨实现彻底分离，因此可以除去有机物杂质，石墨去有机化处理后不会再与有机杂质发生二次粘结，从而得到高纯石墨。2、本专利技术采用置换气深度洁净石墨，使石墨表面上的吸附物种在石墨化处理之前脱附完全，确保在石墨化之前没有杂质原子排列进入石墨晶格，进行原子级别上的除杂，实现有效除杂，并防止了石墨表面的活性官能团改变石墨表面活性，形成晶型完好的石墨。3、本专利技术采用无碳源修复，在He气氛和高温条件下网格上的原子进行重新排列，实现石墨负极材料自修复，形成较完好的石墨晶型，达到石墨缺陷自身愈合的效果；因此得到的石墨负极材料组装成电池后经过1600次循环仍具有良好的电化学性能，且高于市场同类产品。附图说明图1是实施例1制备的石墨的SEM图；图2是本专利技术实施例1-3的动力电池中石墨纯化及晶格重构的方法的流程图；图3是实施例1制备的石墨的XRD图；图4是实施例1和对比例1制备的石墨的循环性能图。具体实施方式为了让本领域技术人员更加清楚明白本专利技术所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本专利技术要求的保护范围不构成限制作用。以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。实施例1本实施例的动力电池中石墨纯化及晶格重构的方法，包括以下具体步骤：(1)将废旧动力电池依次经过放电、粗破、热解、细破、分选，分别得到电极材料粉、铜箔、铝箔、铁粉；(2)将电极材料粉和浓度为20％的王水、浓度为0.1mol/L的过氧化氢按固液比1：1混合在金属提取池中静置4小时，提取石墨负极中的金属元素，再用浓度为2％的盐酸、乙醇、丙酮按比例为1:1:1洗涤，过滤，取滤渣A，将滤渣A和浓度为10％的王水、浓度为0.05mol/L的过氧化氢按固液比为1：1混合在金属提取池中，静置4小时，再次提取石墨负极中的金属元素，用比例为1:1:1的去离子水、乙醇和丙酮洗涤，过滤，得粗石墨；(3)将粗石墨在200℃(升温速率1℃/min)真空炉中进行去有机化处理2h，待自然冷却后，以100r/min球磨20分钟，再将去有机化的粗石墨置于高温炉中，以5mL/min的流速通入置换气(浓度为2％的H2)，在温度为250℃(升温速率1℃/min)进行置换20min，去除表面吸附物种；(4)置换结束后，在250℃下和40min内，以5mL/min的流速通入体积纯度为99.999％的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力电池中石墨纯化及晶格重构的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将废旧电池依次经过放电、粗破、热解、细破、分选，分别得到电极材料粉、铜粉、铝粉、铁粉；/n(2)将电极材料粉和金属提取剂混合，静置，再用纯化剂A洗涤，过滤，得滤渣A，再将滤渣A和金属提取剂混合，静置，再用纯化剂B洗涤，过滤，得粗石墨；/n(3)将粗石墨进行去有机化处理，冷却，球磨，通气置换，即得初纯化石墨；/n(4)将稀有气体通入初纯化石墨中修复石墨晶格，即得；步骤(2)中所述纯化剂A为盐酸、乙醇和丙酮的混合溶液，所述纯化剂B为去离子水、乙醇和丙酮的混合溶液。/n

【技术特征摘要】
1.一种动力电池中石墨纯化及晶格重构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废旧电池依次经过放电、粗破、热解、细破、分选，分别得到电极材料粉、铜粉、铝粉、铁粉；
(2)将电极材料粉和金属提取剂混合，静置，再用纯化剂A洗涤，过滤，得滤渣A，再将滤渣A和金属提取剂混合，静置，再用纯化剂B洗涤，过滤，得粗石墨；
(3)将粗石墨进行去有机化处理，冷却，球磨，通气置换，即得初纯化石墨；
(4)将稀有气体通入初纯化石墨中修复石墨晶格，即得；步骤(2)中所述纯化剂A为盐酸、乙醇和丙酮的混合溶液，所述纯化剂B为去离子水、乙醇和丙酮的混合溶液。


2.根据权利要求1所述的动力电池中石墨纯化及晶格重构的方法，其特征在于，步骤(1)中所述热解是在无氧环境中进行，热解的温度为350℃-800℃，热解的时间为1-20h。


3.根据权利要求1所述的动力电池中石墨纯化及晶格重构的方法，其特征在于，步骤(2)中所述金属提取剂为王水和氧化剂的混合液、王水中的一种。


4.根据权利要求3所述的动力电池中石墨纯化及晶格重构的方法，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢、过氧化钠、过氧化钾、次氯酸钠或次氯酸钾中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的动力电池中石墨纯化及晶格重构的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，彭挺，谢英豪，张学梅，杨云广，王英男，
申请(专利权)人：广东邦普循环科技有限公司，湖南邦普循环科技有限公司，湖南邦普汽车循环有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44