一种基于回收铅膏的水系锌离子电池材料的制备方法技术

本发明专利技术属于电池领域，公开了一种基于回收铅膏的水系锌离子电池材料的制备方法，包括以下步骤：1）将废旧铅酸电池拆解，物理分离提取铅膏；2）将铅膏通过机械球磨，获得铅膏颗粒；3）将铅膏颗粒去除水分，得到脱水铅膏；4）将脱水铅膏与导电剂、粘结剂充分混合搅拌，得到锌离子电池浆料；5）将锌离子电池浆料用辊压机辊压，得到薄片活性电极；6）将薄片活性电极辊压复合到金属网格集流体上，得到水系锌离子电池活性电极。本发明专利技术解决了现有从废旧铅酸电池提取铅膏后，存在处理工艺复杂、成本高、能耗大、污染高及回收率低等问题，提供了一种直接提取铅膏用于新型绿色水系储能电池体系的方法。铅膏用于新型绿色水系储能电池体系的方法。铅膏用于新型绿色水系储能电池体系的方法。

A preparation method of aqueous zinc ion battery material based on recovered lead paste

【技术实现步骤摘要】
一种基于回收铅膏的水系锌离子电池材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种基于回收铅膏的水系锌离子电池材料的制备方法。

技术介绍

[0002]铅酸电池是一种成熟的电池系统。如今，它仍然占据着巨大的电池市场份额，并广泛用于电动自行车、汽车照明点火、通讯设备应急备用电池系统等。与其他电池系统相比，铅酸电池的优势在于其资源丰富且制造成本低，操作安全性高，回收技术相对成熟。虽然传统的废铅冶炼回收技术相对成熟，但废旧铅酸的污染仍然时有发生，因此，湿法冶金法和电沉积还原法等绿色回收工艺越来越受到人们的关注。目前应用最广泛的湿法冶金方法，包括预处理、脱硫、还原和电沉积工艺，可避免SO2和铅尘的排放污染问题。但是电沉积过程的能源效率较低，与传统的火法冶金工艺相比，总能耗较高。从回收到最终生产二次铅，包括一系列步骤，每一步的效率最终会影响到总回收效率，并且复杂的多流程回收对技术要求较高，这进一步增大了落后国家地区的铅酸电池的回收困难。
[0003]鉴于传统的冶炼回收技术和湿法冶金技术的缺点，我们需要开发一种更低成本、流程简洁，且更为绿色环保的废旧铅膏的回收利用途径。近年来，水系锌离子电池由于具有成本低、环境友好、安全性高、可快速充电等特性成为电化学储能领域的研究热点。锌离子电池具有高能量密度,高功率密度,放电过程高效安全,电池材料无毒廉价,制备工艺简单等优点,在大型储能等领域具有很高应用价值和发展前景。最关键的是，其电解液体系使用与铅酸电池相同的硫酸根阴离子，与铅酸电池的材料体系具有较高的兼容性。
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技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有从废旧铅酸电池提取铅膏后，存在处理工艺复杂、成本高、能耗大、污染高及回收率低等问题，提供一种基于回收铅膏的水系锌离子电池材料的制备方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于回收铅膏的水系锌离子电池材料的制备方法，包括如下步骤：1）将废旧铅酸电池充分放电后拆解，物理分离提取电池电极内的铅膏固体废料，得到正负极中的失活材料，主要成分为水、硫酸铅和少量金属铅及铅氧化物；2）将铅膏通过简单机械球磨法，获得均匀细化的黑色铅膏颗粒；3）将黑色铅膏颗粒在80
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100℃鼓风干燥箱中干燥12
‑
13小时，去除铅膏中的水分，得到脱水铅膏；4）将脱水铅膏与导电剂、粘结剂充分混合搅拌，得到锌离子电池浆料；5）将上述锌离子电池浆料用辊压机辊压，得到厚度约为70微米的薄片活性电极，并置于真空干燥箱中，75
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80℃烘干6
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7小时；6）将上述薄片活性电极辊压复合到金属网格集流体上，得到水系锌离子电池活性
电极。
[0006]步骤4)中，所述导电剂为乙炔黑，粘结剂为聚四氟乙烯乳液.步骤4)中，所述脱水、导电剂、粘结剂的质量比为7:2:1。
[0007]步骤4）中，搅拌时间为30
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40分钟。
[0008]步骤1）中，也可以利用废旧铅酸电池回收过程的副产物代替废旧铅酸电池物理分离提取的铅膏固体废料。
[0009]本专利技术提供了一种回收铅膏的全新利用途径，能够更环保地回收利用铅膏，将回收的铅膏作为水系锌离子电池正极材料，其展示出了平坦的充放电平台以及良好的循环性能和长的寿命。
[0010]与现有技术相比，本专利技术具有以下效益：（1）本专利技术提供了一种新的铅膏回收利用途径，避免了铅酸电池在回收过程产生的铅尘、有害气体等环境污染问题。
[0011]（2）本专利技术实现了铅膏的高效回收，降低了铅酸电池的回收成本，经济效益显著。
[0012]（3）本专利技术为水系可充电锌离子电池电极材料提供了新的选择，而且具有低成本的优点，便于大规模应用。
附图说明
[0013]为了更清楚地描述本专利技术的技术方案，以下结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明；图1为本专利技术实施例中拆解铅酸电池得到铅膏的XRD图。
[0014]图2为本专利技术实施例中拆解铅酸电池得到铅膏的SEM图。
[0015]图3为本专利技术实施例中铅膏作为锌离子电极材料，在0.1A电流密度下的循环曲线。
[0016]图4为本专利技术实施例中铅膏作为锌离子电池正极材料，在0.1A电流密度下的充放电曲线图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和具体的实施方式，对本专利技术做进一步描述。所描述的实施案例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0018]实施例1 回收铅膏将废旧铅酸电池充分放电后拆解，物理分离提取电池电极内的铅膏固体废料，得到正负极中的失活材料，主要成分为水、硫酸铅和少量金属铅及铅氧化物。
[0019]本实施例通过对废旧铅酸电池拆解得到电池电极板上的铅膏废料，利用粉末衍射仪（Rigaku MinFlex II）对回收铅膏废料进行晶体相结构鉴定，X射线源为Cu Kα辐射源，波长λ=1.5406
Å
。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM;日立，SU
‑
8010)分析回收铅膏粉末的形貌，利用LAND电池测试系统(LAND CT2001A)对电池性能进行测试。
[0020]如图1的XRD图谱所示，电池拆解得到的铅膏粉末的XRD图谱的三强峰与PbSO4的标准卡片相对应。结果表明铅膏的主相是PbSO4。对实施例中的产物进行进一步的SEM表征，从图2可知，铅膏的形貌是无规则的，并且颗粒尺寸较大，因此利用简单机械球磨可以减小并
均匀化颗粒尺寸。
[0021]实施例2 正极材料制备1）将实施例回收的铅膏通过简单机械球磨法，获得均匀细化的黑色铅膏颗粒；2）将黑色铅膏颗粒在80
‑
100℃鼓风干燥箱中干燥12
‑
13小时，去除铅膏中的水分，得到脱水铅膏；3）将脱水铅膏与乙炔黑、聚四氟乙烯乳液按照质量比为7:2:1混合，搅拌30分钟，充分混匀，得到锌离子电池浆料；4）将上述锌离子电池浆料用辊压机辊压，得到厚度约为70微米的薄片活性电极，并置于真空干燥箱中，80℃烘干6小时；5）将上述薄片活性电极辊压到钛网集流体上，并裁剪为直径为10mm的电极片，活性材料负载控制在1.5
‑
2.5mg。
[0022]测试中利用厚度为0.1mm的圆形锌箔作为参比和对电极，采用Whatman玻璃纤维隔膜，以2M的硫酸锌作为电解液。按照：正极电池壳
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正极电极片
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隔膜(适量电解液)
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锌箔
‑
泡沫镍
ꢀ‑
负极电池壳顺序安装电池，然后使用电池封装机压紧后制备完成。
[0023]对制备的电池进行恒流充放电测试，观察充放电过程中发生的电化学行为。由图3可以看到，在0.1A/g的电流密度下，电池的初始循环过程中比容量逐渐增大，这可能与电极材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于回收铅膏的水系锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）将废旧铅酸电池充分放电后拆解，物理分离提取电池电极内的铅膏；2）将铅膏通过机械球磨，获得铅膏颗粒；3）将铅膏颗粒烘干去除水分，得到脱水铅膏；4）将脱水铅膏与导电剂、粘结剂充分混合搅拌，得到锌离子电池浆料；5）将上述锌离子电池浆料用辊压机辊压，得到薄片活性电极，并烘干；6）将烘干后的薄片活性电极辊压复合到金属网格集流体上，得到水系锌离子电池活性电极。2.根据权利要求1所述的一种基于回收铅膏的水系锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述烘干是在在80
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100℃鼓风干燥箱中干燥12
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13小时。3.根据权利要求1所述的一种基于回收铅膏的水系锌离子电池材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：林春，陈越，黄志高，李加新，林应斌，姚胡蓉，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：