一种通过废旧锂电池制备石墨烯的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过废旧锂电池制备石墨烯的方法，其特征在于，以废旧锂电池中的石墨层间化合物为原料，剥离所述石墨层间化合物制得石墨烯。本发明专利技术的优点为：原料来源广泛、成本低廉、适合工业化生产，既实现了废旧锂电池中资源的回收再利用，也找到了一种制备石墨烯的有效方法。

【技术实现步骤摘要】
ー种通过废旧锂电池制备石墨烯的方法
本专利技术涉及废旧锂电池的处理方法和石墨烯
，具体地说，本专利技术涉及。背景技木石墨烯(Graphene)是继富勒烯、碳纳米管之后ー种新近为人类所认识的碳元素的同素异形体，是ー种由碳原子以Sp2杂化轨道成键，紧密堆积构成的ニ维蜂窝状晶格结构的碳材料。其独特的结构赋予了石墨烯高比表面积，优异的电学性能、光学性能和机械性能等令人瞩目的性质，使得石墨烯在分子传感器、复合材料、光电材料、能量存储等多个领域都具有广泛的应用前景。因此石墨烯的制备及其性质研究已成为近年来纳米科学研究中的热点。 石墨烯的制备方法归纳起来，主要有微机械剥离法、化学气相沉积法(CVD)、还原氧化石墨法等。其中，微机械剥离法是最早成功制备出石墨烯的方法。该方法是利用胶带的反复撕揭把石墨烯片从高定向热解石墨中分离出来(K. S. Novoselov, et al. Science, 306,666(2004));化学气相沉积法是在高温碳氢化合物(如甲烧)气氛下，使碳氢化合物中的碳沉积到过渡金属基板上从而制得石墨烯(Jessica Campos-Delgado, et al. Nano Letters,8,9 (2008));还原氧化石墨法是目前大量制备石墨烯的主要方法。该方法先将石墨氧化，然后通过剥离得到氧化石墨烯，最后将得到的氧化石墨烯通过还原得到石墨烯。上述方法虽然都能成功制得石墨烯，但仍存在制备方法复杂，成本昂贵等问题，制约了石墨烯的大量生产。另ー方面，锂离子电池自20世纪90年代开发成功以来，已广泛应用到手机、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多领域。近年来，全球每年废弃的锂离子电池在10亿只以上(M. Contestabile, et al. Journal of Power Sources, 92,65 (2001))。若不进行回收处理,不仅会造成资源的严重浪费，也会污染环境。目前，废旧锂电池的回收研究主要集中在重金属离子方面(如钴、铜、镍等)，而很少有人关注其中石墨资源的回收利用问题，废旧锂电池中的石墨及石墨层间化合物大多直接被丢弃了，这也是一种资源浪费。针对上述问题，本专利技术结合锂离子电池的工作原理，提出，既避免了废旧锂电池中石墨资源的浪费，也为制备石墨烯提供了一条新的途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供ー种通过废旧锂电池制备石墨烯的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的ー种石墨烯的制备方法，以废旧锂电池石墨电极上的石墨层间化合物为原料，然后剥离所述石墨层间化合物而制得石墨烯。所述的锂电池具体分为两种，一种是锂金属电池，一种是锂离子电池。其中所述的锂金属电池是以石墨为正极，金属锂片为负极，加入电解液、隔膜制得的电池；其中所述的锂离子电池是以充电过程中主体结构不或很少发生变化，且不与电解液发生反应的锂嵌入化合物为正极，石墨为负极，加入电解质、隔膜制得的电池。所述的废旧锂电池是指使用过而废弃的锂电池，对于废旧锂电池中已含有锂-石墨层间化合物的情况，直接取出其中的锂-石墨层间化合物，也可以继续嵌锂得到所需阶数的锂-石墨层间化合物；对于废旧锂电池中不含有锂-石墨层间化合物的情况，可对其中的石墨先进行嵌锂操作，制得锂-石墨层间化合物，再取出使用。具体来说，对于锂金属电池是嵌锂操作对其进行放电操作，对于锂离子电池嵌锂操作是对其进行充电操作。所述的剥离石墨层间化合物的方法选自下列方法中的ー种、两种或两种以上的组合机械剥离、剥离剂剥离、电解剥离。所述的机械剥离为对石墨层间化合物施用使其弯曲、凹陷，刮擦、压入或折断的 力，从而剥离出石墨烯的方法。机械剥离的实例可以是利用胶带反复撕揭石墨层间化合物，使其变薄，从而得到石墨烯。也可以是利用原子力显微镜(AFM)的无针尖探针刮擦固定着的石墨层间化合物，取得刮下的薄片继续前述步骤，最終得到石墨烯。也可以是利用球磨机对分散于有机溶剂中的石墨层间化合物粉末进行球磨，从而得到石墨烯。使用机械剥离不会在所得石墨烯上引入杂原子，但是所得石墨烯形状不规则，且制备过程耗时较长。所述的电解剥离插入金属熔融盐为电解质，以石墨为电极形成化学体系，石墨层间化合物作为阳极，通过调节电位、电量的控制使电解生成的金属继续插入石墨层间化合物层间从而剥离制得石墨烯。使用电解剥离可以大規模制备石墨烯，但是所得石墨烯上会留有杂质，例如金属盐。且整个反应过程需要较高的温度，对反应环境要求较为苛刻。所述剥离剂剥离可以利用两种剥离剂进行剥离ー是利用可与石墨层间化合物反应的剥离剂，通过反应释放的气体或膨胀效应进ー步扩大石墨层间距，使石墨片层互相远离至摆脱彼此间范德华カ的束缚，最終剥离得到石墨烯；ニ是采用表面能与石墨相近的剥离剂，因为表面能相近的情况下可以减小剥离剂与石墨的混合熵，类似干“相似相溶”原理，这样就可以让剥离剂插入到石墨层间化合物中，继续增加石墨层间距，从而剥离石墨层间化合物得到石墨烯。所选剥离剂的表面张カ需在10-70mJ/m2，更优选地在20_50mJ/m2的范围内；上述表面张カ数值都是在20°C下悬滴法测试所得。使用剥离剂剥离操作简单，剥离剂来源广泛，大多为常有的化学试剂，不会在所制得的石墨烯上引入杂原子。剥离方法最优选的是剥离剂剥离。所述的剥离剂选自无机液体和有机液体中的ー种、两种或两种以上。所述的无机液体选自水、无机酸水溶液、表面活性剂水溶液。所述无机酸的水溶液实例为氯化氢的水溶液、稀硫酸、稀硝酸等所述表面活性剂实例为聚氧こ烯硬脂酸酯(Brij 76)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)U-吡啶酸(PBA)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸锂(LDS)、胆酸钠(SC)、脱氧胆酸钠(DOC)、牛黄脱氧胆酸钠(TDOC)、3-丙磺酸内钠(CHAPS)、聚苯こ烯磺酸钠(PSS)、聚こ烯吡咯烷酮(PVP)、十二烷基-P-D-麦芽糖苷(DBDM)、壬苯醇醚(IGEPAL C0-890)、聚氧こ烯山梨醇单油酸酯(Tween 80)等。所述的有机液体选自醇、酮、酷、胺、砜、氯苯、有机酸、离子液体。其中所述醇是含有1-6个碳原子的醇。实例可以是甲醇、こ醇、こニ醇、I-丙醇、2_丙醇、1，2-丙ニ醇、1，3-丙ニ醇、丙三醇、I-丁醇、I-戊醇、I-己醇等；其中所述酸是含有1-6个碳原子的酸。实例可以是甲酸、こ酸、こニ酸、I-丙酸、2_丙酸、1，2_丙ニ酸、1，3_丙ニ酸、丙三酸、I-丁酸、I-戊酸、I-己酸等；其中所述酮的实例可以是丙酮、I-甲基-2-吡咯烷酮、N-こ烯基吡咯烷酮、辛基吡咯烷酮、十二烷基吡咯烷酮、I，3- ニ甲基-2-咪唑啉酮等；其中所述酯的实例可以是Y-丁内酷、苯甲酸苄酯等；其中所述胺的实例可以是ニ甲基甲酰胺、N，N-ニ甲基苯胺、N，N-ニ甲基甲酰胺等; 其中所述砜的实例可以是ニ甲基亚砜等；其中所述氯苯的实例可以是邻ニ氯苯等；其中所述离子液体的实例可以是、 、 、 、Cl、Cl 等。也可以选自前述的液体两种或两种以上组成的混合物，如水/甲醇，水/こ醇，水/甲酸，こ醇/こ酸，水/こ醇/こ酸，N-甲基吡咯烷酮/ 7jC， /7jC, /ニ甲基甲酰胺等。石星稀的广率为所制得石星稀的质量与原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过废旧锂电池制备石墨烯的方法，其特征在于，以废旧锂电池中的石墨层间化合物为原料，剥离所述石墨层间化合物制得石墨烯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：关士友，刘婷婷，李星玮，崔佳佳，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：