一种废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法及应用，包括以下步骤：(1)将废旧锂离子电池负极石墨材料进行筛分，得到粒径不大于50μm的石墨粉末；(2)将氧化石墨烯分散于水中，得到氧化石墨烯溶液；(3)按石墨粉末与氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的质量比为1:0.01～0.1，将石墨粉末与氧化石墨烯溶液混合搅拌，之后过滤，得到氧化石墨烯包覆的石墨材料；(4)将氧化石墨烯包覆的石墨材料在无氧环境下煅烧后，得到石墨烯包覆的石墨材料。通过使用石墨烯对废旧石墨材料进行包覆，石墨烯可以填补废旧石墨材料表面的缺陷处，提高了再生后的石墨作为锂离子电池负极材料的首次库伦效率和循环性能等电学性能。效率和循环性能等电学性能。效率和循环性能等电学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法及应用


[0001]本专利技术属于电池回收的领域，尤其涉及一种废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种绿色环保的二次电源，因其容量高、比能量大、工作电压高、自放电小、循环性能好、使用寿命长、无记忆效应等优点，近年发展迅速。锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液和外壳构成。石墨因其导电性好、层状的晶体结构有序、可逆的储锂容量高、充放电电位低、平台长且稳定等特性，在锂离子电池的负极材料中得到广泛应用。在锂离子电池行业迅速发展的同时，石墨行业也以高产能模式发展，这将会产生大量的废旧石墨。若未能妥善处理，必然会对人类的生存环境与健康造成巨大影响。因此，废旧锂离子电池负极中石墨的回收与再生利用，将缓解碳资源紧缺，避免环境污染。
[0003]废旧锂离子电池负极石墨材料的回收与再生存在问题，石墨负极在循环过程中表面结构遭到破坏，形成表面缺陷，同时石墨负极与电解液发生不可逆发硬，造成不可逆容量损失，使得循环性能衰退严重，这些问题仍是废旧锂离子电池负极石墨材料的回收与再生面临的重大问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是针对上述问题，提供一种废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法及应用，该方法利用氧化石墨烯分散均匀性好、片径面积大、易分散包覆的特点，对废旧石墨进行包覆，可修复废旧石墨表面的缺陷，并利用高温灼烧的过程对氧化石墨烯进行还原，得到均匀包覆石墨烯的石墨材料。
[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法，该方法包括以下步骤：
[0006](1)将废旧锂离子电池负极石墨材料进行筛分，得到粒径不大于50μm的石墨粉末；
[0007](2)将氧化石墨烯分散于水中，得到氧化石墨烯溶液；
[0008](3)按石墨粉末与氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的质量比为1:0.01～0.1，将石墨粉末与氧化石墨烯溶液混合搅拌，之后过滤，得到氧化石墨烯包覆的石墨材料；
[0009](4)将氧化石墨烯包覆的石墨材料在无氧环境下煅烧后，得到石墨烯包覆的石墨材料。
[0010]进一步的，步骤(3)，所述石墨粉末与氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的质量比为1:0.02～0.08；优选的，步骤(3)，所述石墨粉末与氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的质量比为1:0.05～0.06。
[0011]进一步的，步骤(3)中，所述搅拌的速率为10～2000r/min，搅拌的时间为1～20h；和/或
[0012]所述过滤选自离心过滤、抽滤和板框压滤中的至少一种；
[0013]优选的，步骤(3)中，搅拌的速率为100～1000r/min，搅拌的时间为5～10h。
[0014]进一步的，步骤(2)中，所述氧化石墨烯的片径为1～50μm，电阻率为5～20Ω
·
cm；所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的浓度为1～10g/L；
[0015]优选的，所述氧化石墨烯的片径为10～25μm，电阻率为10～15Ω
·
cm；所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的浓度为2～5g/L。
[0016]进一步的，步骤(2)中，将氧化石墨烯分散于水中，加入表面张力调节剂，超声分散，得到氧化石墨烯溶液；
[0017]优选的，所述氧化石墨烯溶液中表面张力调节剂的浓度为0.01～0.5g/L。
[0018]优选的，所述表面张力调节剂剂选自乙醇、异丙醇、丙酮、乙二醇、甲醇、N
‑
N二甲基甲酰胺、二甲亚砜、丙三醇、正丁醇、1
‑
甲基
‑
吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；
[0019]更优选的，所述表面张力调节剂为异丙醇。
[0020]进一步的，步骤(2)中，所述氧化石墨烯由石墨在强酸和氧化剂的作用下，发生液相氧化反应，将生成的氧化石墨洗涤后制得；
[0021]优选的，所述石墨选自鳞片石墨；
[0022]所述石墨与氧化剂的质量比为1:2～5；
[0023]所述液相氧化反应包括:
①
在0～2℃下，搅拌中加入石墨、强酸和氧化剂，10～15℃搅拌5～20min；
[0024]②
温度30～55℃继续搅拌25～40min。
[0025]进一步的，在步骤(1)之前，还包括将石墨材料从废旧锂离子电池负极集流体上剥离的步骤；
[0026]优选的，所述剥离的方法选自粉碎、水浸和灼烧中的至少一种；
[0027]优选的，所述剥离的方法为水浸，具体步骤为：将废旧锂离子电池负极集流体放入水中，浸泡20～40min，使得集流体上的石墨材料与金属箔分离。
[0028]进一步的，步骤(4)中，所述煅烧的温度为600～1000℃，时间为1～10h；
[0029]优选的，所述煅烧的温度为800～950℃，时间为2～4h
[0030]根据本申请的另一个方面，还提供了所述的方法得到的石墨烯包覆的石墨材料。
[0031]根据本申请的另一个方面，还提供了石墨烯包覆的石墨材料在作为锂离子电池负极材料中的应用。
[0032]本专利技术的有益效果包括但不限于：
[0033](1)本专利技术提供的废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法，使用氧化石墨烯对废旧石墨进行包覆，可修复废旧石墨表面的缺陷，并利用高温灼烧的过程对氧化石墨烯进行还原，得到均匀包覆石墨烯的石墨材料；石墨烯可填补废旧石墨材料表面的缺陷，提高了再生后的石墨作为锂离子电池负极材料的首次库伦效率、循环性能及能量密度。
[0034](2)本专利技术提供的废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法，通过优化石墨粉末的粒径和氧化石墨烯的片径等参数，使得到的包覆再生后的石墨粒径适中，提高了再生后的石墨作为锂离子电池负极材料的电学性能，使包覆再生后的石墨材料已完全达到了在使用的要求。
[0035](3)本专利技术提供的废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法，条件温和，工艺参数
易控，耗能低，对环境友好，有利于工业化大规模生产。
附图说明
[0036]图1为本专利技术实施例1得到的石墨材料1#的拉曼图谱。
具体实施方式
[0037]为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说是显而易见的，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0038]如未特殊说明，在下述实施例中的原料和试剂均可通过商业途径购得。
[0039]实施例1
[0040]一种废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法，该方法包括以下步骤：
[0041](1)将带有石墨、铜箔的集流体浸入水中，浸泡30min，使得集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)将废旧锂离子电池负极石墨材料进行筛分，得到粒径不大于50μm的石墨粉末；(2)将氧化石墨烯分散于水中，得到氧化石墨烯溶液；(3)按石墨粉末与氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的质量比为1:0.01～0.1，将石墨粉末与氧化石墨烯溶液混合搅拌，之后过滤，得到氧化石墨烯包覆的石墨材料；(4)将氧化石墨烯包覆的石墨材料在无氧环境下煅烧后，得到石墨烯包覆的石墨材料。2.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法，其特征在于：步骤(3)，所述石墨粉末与氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的质量比为1:0.02～0.08；优选的，步骤(3)，所述石墨粉末与氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的质量比为1:0.05～0.06。3.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法，其特征在于：步骤(3)中，所述搅拌的速率为10～2000r/min，搅拌的时间为1～20h；和/或所述过滤选自离心过滤、抽滤和板框压滤中的至少一种；优选的，步骤(3)中，搅拌的速率为100～1000r/min，搅拌的时间为5～10h。4.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法，其特征在于：步骤(2)中，所述氧化石墨烯的片径为1～50μm，电阻率为5～20Ω
·
cm；所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的浓度为1～10g/L；优选的，所述氧化石墨烯的片径为10～25μm，电阻率为10～15Ω
·
cm；所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的浓度为2～5g/L。5.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池负极石墨材料的再生方法，其特征在于：步骤(2)中，将氧化石墨烯分散于水中，加入表面张力调节剂，超声分散，得到氧化石墨烯溶液；优选的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超武，吴忠营，肖双，朱胜凯，冯彩霞，李新红，马春响，徐印东，王瑛，
申请(专利权)人：山东玉皇新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：