【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池中使用的碳材料，具体涉及一种低温石墨化制备碳材料的方法及产品。
技术介绍
1、近几十年来，秉承绿色环保的理念，电动汽车获得了爆发式发展，导致锂离子电池的需求量大幅增长。作为锂离子电池主要材料之一的碳材料，也成为目前需求量大的能源材料。石墨化碳材料因性质稳定，不和正极材料或者电解液发生化学反应，具有较低的嵌锂电位以及优良的导电性，有利于锂离子的快速传输和存储，被广泛用作锂离子电池的负极材料。
2、碳材料是由含碳物质(也称碳源)经石墨化转化而成。石墨化过程是在高温作用下，碳材料经“微晶”增长由碳网的二维结构向三维有序结构转变的过程，通常在高于1000℃的温度下进行。公布号为cn108615886a的专利技术专利，公开了一种适用于钠离子电池负极材料的薄壁型多孔碳球材料的制备方法，具体是将生物质糖类碳源、水溶性无机盐助熔剂及表面活性剂按0.2～0.5：0.3～8：0.1～0.2的摩尔比称取后溶于水，得到喷雾溶液；所述喷雾溶液通过喷雾干燥得到多孔碳球前驱体；所述多孔碳球前驱体在保护气氛下于1000～1100℃条件下碳化热处理，得到活性位点丰富、适中的比表面积，同时孔壁薄且孔道结构丰富交联的多孔碳球材料。
3、催化石墨化(catalytic graphitization)是指在材料中添加某种具有催化作用的物质(也称催化剂)，促使焙烧物在相对较低的温度下石墨化或在相同的温度下提高石墨化程度，通常采用铂、钴、镍等贵金属作为催化剂，这些贵金属资源稀少，价格昂贵。公布号为cn108455562a的专利
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种利用废旧锂离子电池中的过渡金属作为催化剂以实现碳物质低温石墨化的制备碳材料的方法及产品。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种低温石墨化制备碳材料的方法，先收集废旧锂离子电池正极片上的粉料，得到正极废料粉；然后将助熔剂、正极废料粉和碳源混合均匀，所得混合物置于惰性气氛中在550～1000℃的温度下煅烧，煅烧产物与稀酸溶液反应，过滤，滤渣水洗，干燥，即得。
4、本专利技术所述方法中，可以采用现有常规方法实现助熔剂、正极废料粉和碳源混合均匀，优选采用球磨的方式将助熔剂、正极废料粉和碳源混合均匀。通过球磨将小粒径的助熔剂和/或正极废料粉嵌入碳源中，实现三者的充分混匀，更有利于降低助熔温度。对于球磨的时间，通常控制在1～5h。
5、本专利技术所述方法中，涉及的助熔剂可以是包括钠、钾或镁的碳酸盐或硫酸盐中的至少一种，优选为选自碳酸钠、硫酸钠、硫酸钾和硫酸镁中的一种或两种以上的组合。涉及的碳源可以是现有技术中的常规选择，优选是包括甘蔗渣、坚果壳、葡萄糖、蔗糖、乳糖或淀粉中的至少一种，其中的坚果壳具体可以是包括核桃壳、花生壳、棒子壳、杏仁壳、椰子壳在内的一种或两种以上的组合。所述助熔剂、正极废料粉和碳源的质量比优选为0.1～1：0.5～5：1～10，进一步优选为0.1～0.7：1～5：3～10，更优选为0.1～0.5：1～4：5～9。
6、本专利技术所述方法中，进一步优选煅烧在650～950℃条件下进行，更优选是在750～850℃条件下进行。煅烧的时间通常控制在1～6h。该步骤中，惰性气氛通常是指氮气氛或氩气氛。
7、本专利技术所述方法中，涉及的废旧锂离子电池可以是正极活性物质为锰酸锂、磷酸铁锂或钴酸锂的废旧锂离子电池，也可以是正极活性物质为含有锂、镍、钴、锰三元材料的废旧锂离子电池。可以采用现有常规方法来收集废旧锂离子电池正极片上的粉料，在本申请中，采用对废旧锂离子电池的正极片进行加热的方式使其上的粉料脱落，然后收集脱落的粉料，即为正极废料粉。在申请人的实践中，是将正极片加热至300～600℃然后保持该温度直至其上的粉料完全脱落下来。
8、将煅烧产物与稀酸溶液反应，除去煅烧产物中的金属离子，扩大所得碳材料的层间距，使碳材料具有更大的比表面积。所述的稀酸溶液具体可以是盐酸溶液、硫酸溶液或硝酸溶液，其浓度优选为0.5～6mol/l；煅烧产物与稀酸溶液反应的时间通常控制在0.5～6h。
9、本专利技术所述方法中，用水洗滤渣直至洗涤液呈中性，然后将滤渣进行干燥。
10、本专利技术还包括由上述方法制备得到的碳材料。该碳材料具有较大的表面积，石墨化程度高，显示出优异的电化学性能。
11、与现有技术相比，本专利技术的特点在于：
12、1.本专利技术充分利用废旧锂离子电池中的过渡金属作为碳源石墨化的催化剂，在回收利用废旧电池并实现低温石墨化的同时还大大降低了碳材料的制备成本，解决了贵金属催化剂的资源紧缺问题。而且采用本专利技术所述方法制备的碳材料石墨化程度高，且具有较大的表面积从而可以提供更多的活性位点，有利于锂的脱嵌，因而具有良好的电化学性能。
13、2.本专利技术巧妙的将废旧锂离子电池中的金属作为催化石墨化的催化剂，并以钠、镁、钾金属盐为助熔剂，二者共同作用实现在较低温度下碳材料的石墨化，，解决碳材料制备过程需要在高温下煅烧导致能耗高的难题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种低温石墨化制备碳材料的方法，其特征是，收集废旧锂离子电池正极片上的粉料，得到正极废料粉；将助熔剂、正极废料粉和碳源混合均匀，所得混合物置于惰性气氛中在550～1000℃的温度下煅烧，煅烧产物与稀酸溶液反应，过滤，滤渣水洗，干燥，即得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，将助熔剂、正极废料粉和碳源采用球磨的方式混合均匀。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述助熔剂、正极废料粉和碳源的质量比为0.1～1：0.5～5：1～10。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征是，所述的助熔剂包括钠、钾或镁的碳酸盐或硫酸盐中的至少一种。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征是，所述的碳源包括甘蔗渣、坚果壳、葡萄糖、蔗糖、乳糖或淀粉中的至少一种。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征是，煅烧在650～950℃条件下进行。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征是，所述的废旧锂离子电池为正极活性物质为锰酸锂、磷酸铁锂或钴酸锂的废旧锂离子电池，或者是正极活性物质为含
8.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征是，对废旧锂离子电池的正极片进行加热，使其上的粉料脱落，收集脱落的粉料，即为正极废料粉。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征是，所述的稀酸溶液为盐酸溶液、硫酸溶液或硝酸溶液。
10.根据权利要求1～9中任一项所述方法制备得到的碳材料。
...【技术特征摘要】
1.一种低温石墨化制备碳材料的方法，其特征是，收集废旧锂离子电池正极片上的粉料，得到正极废料粉；将助熔剂、正极废料粉和碳源混合均匀，所得混合物置于惰性气氛中在550～1000℃的温度下煅烧，煅烧产物与稀酸溶液反应，过滤，滤渣水洗，干燥，即得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，将助熔剂、正极废料粉和碳源采用球磨的方式混合均匀。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述助熔剂、正极废料粉和碳源的质量比为0.1～1：0.5～5：1～10。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征是，所述的助熔剂包括钠、钾或镁的碳酸盐或硫酸盐中的至少一种。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征是，所述的碳源包括甘蔗渣、坚果...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘葵，杨生龙，王红强，李庆余，苏验，陈亚松，李其军，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。