CN106099233B - 一种利用废旧镍氢电池制备锂离子电池负极材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用废旧镍氢电池制备锂离子电池负极材料的方法，先废旧镍氢电池的拆解，把隔膜、正极材料及负极材料分离开后，分别浸泡在蒸馏水中10‑24h，清洗掉电解液，然后进行干燥，将正极材料进行焙烧后与负极材料按质量比为1:0.1‑10混匀，得到锂离子电池负极材料；本发明简单、成本低，而且不会对环境造成污染；制备得到的锂离子电池负极材料应用在锂离子电池上，放电容量高且循环性能好，实现了废旧电池的循环利用。

Description

一种利用废旧镍氢电池制备锂离子电池负极材料的方法
技术领域
本发明涉及一种利用废旧镍氢电池电极材料生产锂离子电池负极材料的方法，通过对电极材料进行处理后制备锂离子电池负极材料，达到回收、再利用的目的，涉及废旧镍氢电池回收、循环利用技术领域。
背景技术
镍氢电池应用的迅速发展，使得其在达到寿命后的处置成为一个必须面对的问题，无论从环境的角度，还是从资源综合利用的角度看，回收废旧镍氢电池对于保护环境并回收利用二次资源均具有重要意义，目前，废弃镍氢电池再生回收的主要问题在于：正负极板中含有大量的有价金属镍钴和贵重的稀土金属元素，资源化的价值极高，但由于各元素含量差异小，杂质元素多，分离回收较困难，如何有效综合回收利用其中的有价金属成为目前需要迫切解决的课题之一。
镍氢电池自问世以来一直定位于移动通信和移动计算市场，随着人们对电池中重金属元素(汞、铅及镉)含量的限制，重金属元素含量少的氢-镍电池将有更大的市场，随着矿产资源的日益枯竭，使有色金属资源的回收再生利用势在必行，而废旧镍氢电池中含有33％～42％的镍元素，对废旧镍氢电池的回收处理有利于缓解镍供需缺口增加带来的经济压力，极具研究开发价值。
作为全球电池生产大国之一的中国，其电池年产量占全球电池年产量的1/3，仅小型镍氢电池的年产量就可达到每年16亿只，为配套23亿的氢-镍电池产业，将年耗混合稀土金属7636吨，金属镍22599吨，金属钴3882.7吨，金属锰1725吨，金属铝287.5吨，废旧镍氢电池中含有36%～42％的镍，3%～4％的钴和8%～10％的稀土元素，建立废旧镍氢电池回收体系，将有利于保护环境和充分利用有色金属资源。
目前，镍氢电池的回收主要有火法和湿法两种方法，由于火法回收成本高、对环境有污染而不被常用了；目前多采用湿法浸出、萃取除杂来回收废旧镍氢电池，但其操作复杂、对反应条件要求严格且浸出后的酸液和萃取后的废液对环境也会造成一定的污染。
发明内容
本发明提供一种利用废旧镍氢电池制备锂离子电池负极材料的方法，包括以下步骤：
（1）将废旧镍氢电池进行拆解，去掉钢化外壳、电解液，把隔膜、正极材料及负极材料分离开；
（2）将步骤（1）拆解得到的正极材料和负极材料分别在水中浸泡10-24h；
（3）将步骤（2）清洗后的正极材料和负极材料在60-90℃干燥8-20h；
（4）将步骤（3）干燥后的正极材料在马弗炉中进行焙烧，焙烧条件为：50-120min升温到400-500℃保温20-60min，再用40-200min升温到600-900℃保温5-50min，最后自然冷却；
（5）将步骤（4）焙烧后的正极材料与步骤（3）干燥后的负极材料按质量比为1∶0.1-10的比例混匀，得到锂离子电池负极材料。
本发明的有益效果：本发明简单、成本低，而且不会对环境造成污染；制备得到的锂离子电池负极材料应用在锂离子电池上，放电容量高且循环性能好，实现了废旧电池的循环利用。
附图说明
图1为本发明实施例1利用废旧镍氢电池制备锂离子电池负极材料制备的锂离子电池的首次充放电曲线图；
图2为本发明实施例1利用废旧镍氢电池制备锂离子电池负极材料制备的锂离子电池的循环性能曲线图。
具体实施方式
实施例1
本实施例所述利用废旧镍氢电池制备锂离子电池负极材料的方法，具体包括以下步骤：
（1）将废旧镍氢电池进行拆解处理，将拆解好的电池进行分离，去掉钢化外壳、电解液，再把隔膜、正极材料及负极材料分离开；
（2）将步骤（1）拆解得到的正极材料和负极材料分离后分别浸泡在蒸馏水中10h，清洗掉电解液；
（3）将步骤（2）清洗后的正极材料和负极材料放在恒温干燥箱内60℃干燥18h；
（4）将步骤（3）干燥后的正极材料在马弗炉中进行焙烧处理，焙烧条件为50min升温到400℃保温30min，再用140min升温到650℃保温15min，最后自然冷却；
（5）将步骤（4）焙烧后的正极材料与步骤（3）干燥后的负极材料按质量比为1∶0.1混匀，得到锂离子电池负极材料。
将本实施例制备得到的锂离子电池负极材料、乙炔黑和粘结剂混匀研磨、涂覆、制备成电池，其中负极材料∶乙炔黑∶粘结剂=8∶1 ∶1，粘接剂为聚偏氟乙烯 (PVDF)。
如图1所示，本实施例制备得到的锂离子电池的首次放电容量达709mAh，与碳和氧化物的复合物的首次放电容量（700mAh）相当，远高于氧化铜的首次放电容量（268mAh），比氧化锡首次放电容量（500mAh）高，比氧化钴负极材料的首次放电容量差不多（690mAh）,比氧化铁负极材料首次放电容量（750mAh）稍低，比氧化镍负极材料首次放电容量（600mAh）高；如图2所示为制备得到的锂离子电池的循环性能曲线，由图中可得锂离子循环性能良好。
实施例2
本实施例所述利用废旧镍氢电池制备锂离子电池负极材料的方法，具体包括以下步骤：
（1）将废旧镍氢电池进行拆解处理，将拆解好的电池进行分离，去掉钢化外壳、电解液，再把隔膜、正极材料及负极材料分离开；
（2）将步骤（1）拆解得到的正极材料和负极材料分离后分别浸泡在蒸馏水中20h，清洗掉电解液；
（3）将步骤（2）清洗后的正极材料和负极材料放在恒温干燥箱内70℃干燥15h；
（4）将步骤（3）干燥后的正极材料在马弗炉中进行焙烧处理，焙烧条件为100min升温到480℃保温40min，再用200min升温到850℃保温5min，最后自然冷却；
（5）将步骤（4）焙烧后的正极材料与步骤（3）干燥后的负极材料按质量比为1∶10混匀得到锂离子电池负极材料。
将本实施例制备得到的锂离子电池负极材料、乙炔黑和粘结剂混匀研磨、涂覆、制备成电池，其中负极材料∶乙炔黑∶粘结剂=8∶1 ∶1，粘接剂为聚偏氟乙烯 (PVDF）。
本实施例制备得到的锂离子电池的首次放电容量达707mAh,与碳和氧化物的复合物的首次放电容量（700mAh）相差不多，远高于氧化铜的首次放电容量（268mAh），比氧化锡首次放电容量（500mAh）高，与氧化钴负极材料的首次放电容量差不多（690mAh）,比氧化铁负极材料首次放电容量（750mAh）稍低，比氧化镍负极材料首次放电容量（600mAh）高，且循环性能良好的电池。
实施例3
本实施例所述利用废旧镍氢电池制备锂离子电池负极材料的方法，具体包括以下步骤：
（1）将废旧镍氢电池进行拆解处理，将拆解好的电池进行分离，去掉钢化外壳、电解液，再把隔膜、正极材料及负极材料分离开；
（2）将步骤（1）拆解得到的正极材料和负极材料分离后分别浸泡在蒸馏水中15h，清洗掉电解液；
（3）将步骤（2）清洗后的正极材料和负极材料放在恒温干燥箱内80℃干燥8h；
（4）将步骤（3）干燥后的正极材料在马弗炉中进行焙烧处理，焙烧条件为120min升温到420℃保温50min，再用120min升温到700℃保温50min，最后自然冷却；
（5）将步骤（4）焙烧后的正极材料与步骤（3）干燥后的负极材料按质量比为1∶5混匀得到锂离子电池负极材料。
将本实施例制备得到的锂离子电池负极材料、乙炔黑和粘结剂混匀研磨、涂覆、制备成电池，其中负极材料∶乙炔黑∶粘结剂=8∶1 ∶1，粘接剂为聚偏氟乙烯 (PVDF）。
本实施例制备得到的锂离子电池的首次放电容量达715mAh,与碳和氧化物的复合物的首次放电容量（700mAh）相差不多，远高于氧化铜的首次放电容量（268mAh），比氧化锡首次放电容量（500mAh）高，与氧化钴负极材料的首次放电容量差不多（690mAh）,比氧化铁负极材料首次放电容量（750mAh）稍低，比氧化镍负极材料首次放电容量（600mAh）高，且电池循环性能良好。
实施例4
本实施例所述利用废旧镍氢电池制备锂离子电池负极材料的方法，具体包括以下步骤：
（1）将废旧镍氢电池进行拆解处理，将拆解好的电池进行分离，去掉钢化外壳、电解液，再把隔膜、正极材料及负极材料分离开；
（2）将步骤（1）拆解得到的正极材料和负极材料分离后分别浸泡在蒸馏水中24h，清洗掉电解液；
（3）将步骤（2）清洗后的正极材料和负极材料放在恒温干燥箱内90℃干燥10h；
（4）将步骤（3）干燥后的正极材料在马弗炉中进行焙烧处理，焙烧条件为90min升温到500℃保温60min，再用100min升温到900℃保温45min，最后自然冷却；
（5）将步骤（4）焙烧后的正极材料与步骤（3）干燥后的负极材料按质量比为1∶2混匀得到锂离子电池负极材料。
将本实施例制备得到的锂离子电池负极材料、乙炔黑和粘结剂混匀研磨、涂覆、制备成电池，其中负极材料∶乙炔黑∶粘结剂=8∶1 ∶1，粘接剂为聚偏氟乙烯 (PVDF）。
本实施例制备得到的锂离子电池的首次放电容量达698mAh,与碳和氧化物的复合物的首次放电容量（700mAh）相差不多，远高于氧化铜的首次放电容量（268mAh），比氧化锡首次放电容量（500mAh）高，与氧化钴负极材料的首次放电容量差不多（690mAh）,比氧化铁负极材料首次放电容量（750mAh）稍低，比氧化镍负极材料首次放电容量（600mAh）高，且电池循环性能良好。
实施例5
本实施例所述利用废旧镍氢电池制备锂离子电池负极材料的方法，具体包括以下步骤：
（1）将废旧镍氢电池进行拆解处理，将拆解好的电池进行分离，去掉钢化外壳、电解液，再把隔膜、正极材料及负极材料分离开；
（2）将步骤（1）拆解得到的正极材料和负极材料分离后分别浸泡在蒸馏水中18h，清洗掉电解液；
（3）将步骤（2）清洗后的正极材料和负极材料放在恒温干燥箱内85℃干燥20h；
（4）将步骤（3）干燥后的正极材料在马弗炉中进行焙烧处理，焙烧条件为100min升温到450℃保温20min，再用40min升温到600℃保温35min，最后自然冷却；
（5）将步骤（4）焙烧后的正极材料与步骤（3）干燥后的负极材料按质量比为1∶1混匀得到锂离子电池负极材料。
将本实施例制备得到的锂离子电池负极材料、乙炔黑和粘结剂混匀研磨、涂覆、制备成电池，其中负极材料∶乙炔黑∶粘结剂=8∶1 ∶1，粘接剂为聚偏氟乙烯 (PVDF）。
本实施例制备得到的锂离子电池的首次放电容量达702mAh,与碳和氧化物的复合物的首次放电容量（700mAh）相差不多，远高于氧化铜的首次放电容量（268mAh），比氧化锡首次放电容量（500mAh）高，与氧化钴负极材料的首次放电容量差不多（690mAh）,比氧化铁负极材料首次放电容量（750mAh）稍低，比氧化镍负极材料首次放电容量（600mAh）高，且电池循环性能良好。

Claims (1)

1.一种利用废旧镍氢电池制备锂离子电池负极材料的方法，具体包括以下步骤：
（1）将废旧镍氢电池进行拆解，去掉钢化外壳、电解液，把隔膜、正极材料及负极材料分离开；
（2）将步骤（1）拆解得到的正极材料和负极材料分别在水中浸泡10-24h；
（3）将步骤（2）清洗后的正极材料和负极材料在60-90℃干燥8-20h；
（4）将步骤（3）干燥后的正极材料进行焙烧，焙烧条件为：50-120min升温到400-500℃保温20-60min，再用40-200min升温到600-900℃保温5-50min，最后自然冷却；
（5）步骤（4）焙烧后的正极材料与步骤（3）干燥后的负极材料按质量比为1∶0.1-10的比例混匀，得到锂离子电池负极材料。
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