一种废旧石墨的处理方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种废旧石墨的处理方法及其应用，属于电池材料回收再利用技术领域；所述处理方法包括如下步骤：向废旧石墨中掺入修补剂，随后进行高温短时加热处理，最后冷却，即完成废旧石墨的处理。本发明专利技术提供的废旧石磨的处理方法，可以短时间(毫秒级)实现废旧石墨的直接升级，显著提高时间和能源效率，避免了传统石墨升级工艺存在的长周期、复杂、能耗高等问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧石墨的处理方法及其应用


[0001]本专利技术属于电池材料回收再利用
，具体涉及一种废旧石墨的处理方法及其应用。

技术介绍

[0002]过去的十年间，化石能源供应日益紧缺，锂离子电池(LIB)市场需求量显著提高。目前，全球大约有108万吨废旧锂离子电池，包括20万吨消费级电池和和近88万吨新能源汽车用锂离子电池。一方面消费电子领域对锂离子电池的需求会由于各种消费电子的深入普及而进一步增加，另一方面新能源汽车在国家政策的扶持下必将迅速发展，带来大量的锂离子电池需求。到2026年，全球锂离子电池市场将达到1400亿美元，预计年增长率约为16％。但在实际生活中手机电池的换代时间为12～18个月，新能源汽车电池的寿命为3～5年，面对大量的废旧电池，其回收率不到10％。
[0003]锂离子电池中负极约占电池质量的22％，成本约占10％，同时石墨的生产消耗大量能量和时间，使得废旧石墨向锂离子电池用石墨的转化逐渐得到了企业和学术界的重视。目前对石墨进行再生的方法有一下几种：高温煅烧、酸处理、电流冲击以及催化石墨化等。Yi等人采用热处理方法，在1400℃下处理石墨，随后采用葡萄糖等有机物作为碳源在石墨表面热解一层碳，实现废旧石墨的再生。Zhang等人利用粉碎
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浮选方法回收石墨，随后利用酸溶剂浸出杂质实现废旧石墨的再生。Dong等人对回收的废旧石墨进行压制后作为电极，通过电容放电瞬间产生大量热量实现废旧石墨的再生。Chen等人在热处理的基础上，加入Co作为催化剂提高废旧石墨的石墨化程度，实现了废旧石墨的再生。但是这些方法分别存在能量消耗大、工艺复杂，污染物排放较多和效率低等缺点，并且再生的石墨性能难以满足商业锂离子电池的需求，故亟需一种低能耗、高产率、高效率、简单便捷、环境友好的方法来实现石墨负极的直接升级。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种废旧石墨的处理方法及其应用，所述处理方法高效、迅速、高产、环境友好，具有良好的应用前景。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供的一种废旧石墨的处理方法，包括如下步骤：向废旧石墨中掺入修补剂，随后进行高温短时加热处理，最后冷却，即完成废旧石墨的处理。
[0007]作为本专利技术技术方案的优选，所述废旧石墨来自废旧锂离子电池、石墨制品中的一种或两种。
[0008]作为本专利技术技术方案的优选，所述废旧锂离子电池选自废旧三元锂电池、废旧钴酸锂电池、废旧锰酸锂电池、废旧磷酸铁锂电池或废旧镍酸锂电池中的一种或多种。
[0009]作为本专利技术技术方案的优选，废旧石墨掺入修补剂前先用溶剂进行至少一次洗涤，随后烘干。同时可以理解的是，在洗涤前，还需要对电池(需进行放电)或石墨制品进行
拆解和或搜刮，以获得石墨电极或相应的石墨废品，其是本领域技术人员的常规技术手段，本专利技术中并不对其具体实施过程或方式做描述或限定，以本领域技术人员能够实现即可。
[0010]作为本专利技术技术方案的优选，所述溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯中的一种或多种。
[0011]作为本专利技术技术方案的优选，烘干为自然烘干、电加热鼓风干燥、真空干燥中的一种或多种。
[0012]作为本专利技术技术方案的优选，烘干时间为0.5～12h。
[0013]作为本专利技术技术方案的优选，修补剂为金属锡、锡的卤化物、氧化物、硫化物、硫酸盐或硝酸盐中的一种或多种。
[0014]作为本专利技术技术方案的优选，修补剂的掺入量为废旧石墨质量的0.1～10％。
[0015]作为本专利技术技术方案的优选，高温短时加热处理的温度为500～2800℃，时间为10～1000ms。
[0016]作为本专利技术技术方案的优选，高温短时方法对废旧石墨进行一次或多次处理。
[0017]作为本专利技术技术方案的优选，高温短时加热处理选自脉冲加热、微波加热、激光辐射加热中的一种或多种；优选地，脉冲加热为焦耳加热。
[0018]作为本专利技术技术方案的优选，所述焦耳加热的处理步骤包括：将掺入修补剂的废旧石墨置于碳质基底上，随后对碳质基底进行通电。
[0019]作为本专利技术技术方案的优选，所述碳质基底选自碳布、碳纸、碳毡中的一种或多种。
[0020]作为本专利技术技术方案的优选，高温短时加热处理时，升温速率为10～105℃/s。
[0021]作为本专利技术技术方案的优选，冷却采用快速冷却的方式进行。
[0022]作为本专利技术技术方案的优选，快速冷却的降温速率为10～104℃/s。需要特别说明的是，降温过程中环境温度不变，导致短时高温加热后刚开始降温时降温过程温差大，刚开始速率很快，在1s左右即可降温至500℃左右。
[0023]作为本专利技术技术方案的优选，快速冷却采用自然降温、风冷、水冷或金属滚柱降温中的一种或多种。
[0024]作为本专利技术技术方案的优选，高温短时加热处理在惰性气体氛围下进行。
[0025]作为本专利技术技术方案的优选，所述惰性气体选自氩气或氦气中的一种或两种。
[0026]第二方面，本专利技术请求保护上述处理方法制备得到的石墨材料。
[0027]第三方面，本专利技术请求保护上述方法制备得到的石墨材料在制备锂离子电池负极材料中的应用。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0029](1)本专利技术提供的一种废旧石墨的处理方法，可以短时间(毫秒级)实现废旧石墨的升级，显著节约能源和时间，免去传统石墨再生长周期、复杂、能耗高的工艺。
[0030](2)本专利技术提供的一种废旧石墨的处理方法，能实现废旧石墨的电池性能升级(比能量密度)。
[0031](3)本专利技术提供的一种废旧石墨的处理方法，利用由于废旧电池不完全放电而残留在废旧石墨中的锂或锂的化合物，通过高温处理进行激活，在随后的电池使用过程中逐渐放出，实现容量的良好保持率，甚至逐渐提高容量。
[0032](4)本专利技术对废旧石墨的升级处理过程仅需要瞬时(毫秒级)电流加热，因此节约能源，成本低廉，环境友好，避免了传统再生过程(高温煅烧以及酸碱回收等)中产生大量有毒有害排放物。
[0033](5)本专利技术可以直接对废旧石墨负极片进行处理升级，避免了剥离过程中繁琐的高温、破碎、筛选等费时、低效和复杂的过程。
附图说明
[0034]图1为本专利技术实现石墨升级处理与传统高温处理用于石墨电极再生的时间范围对比图；
[0035]图2为本专利技术对电极片直接升级处理过程示意图；
[0036]图3为本专利技术实施例1制备的高能量密度升级石墨负极和废旧石墨组以及商业石墨组装的纽扣电池在0.01
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2.5V在0.5C下循环100圈的放电容量图。
具体实施方式
[0037]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合实施例和附图，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧石墨的处理方法，其特征在于，向废旧石墨中掺入修补剂，随后进行高温短时加热处理，最后冷却，即完成废旧石墨的处理。2.根据权利要求1所述的一种废旧石墨的处理方法，其特征在于，所述废旧石墨来自废旧锂离子电池、石墨制品中的一种或两种；所述废旧锂离子电池选自废旧三元锂电池、废旧钴酸锂电池、废旧锰酸锂电池、废旧磷酸铁锂电池或废旧镍酸锂电池中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种废旧石墨的处理方法，其特征在于，废旧石墨掺入修补剂前先用溶剂进行至少一次洗涤，随后烘干；所述溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的一种废旧石墨的处理方法，其特征在于，烘干时间为0.5～12h。5.根据权利要求1所述的一种废旧石墨的处理方法，其特征在于，修补剂为金属锡、锡的卤化物、氧化物、硫化物、硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：程志恒，张豪，姚永刚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：