CN113735112B - 一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法，该方法包含以下步骤：1、废旧锂离子电池的放电、拆解、正负极分离、石墨分离；2、步骤1中得到的石墨在惰性气体下进行热解；3、步骤2中热解后的石墨进行酸溶除去杂质；4、步骤3中除杂后的石墨与大分子有机物或聚合物在高压反应釜中进行插层反应；5、步骤4中插层后的石墨超声处理后洗涤、烘干，得到膨胀石墨，该方法流程短，方法简单，能够得到膨胀倍率高的膨胀石墨，易于实现工业化，使得锂离子电池回收更彻底，减少了资源浪费的现象。

Description

一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法
技术领域
本发明属于废弃物处理技术领域，具体地，涉及一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法。
背景技术
当前新能源汽车电动化浪潮席卷全球，动力电池是新能源汽车的核心，受下游整车市场需求的带动，处于产业链上游的动力电池行业也驶入快车道，随着产业规模不断扩大，按照新能源汽车电池5-8年的使用年限计算，新能源汽车将迎来动力电池的大规模“退役”，据统计，2025年动力电池退役报废量约为93GWh，市场经济规模将达379亿元，如何经济环保地进行废动力电池的资源化和无害化处置是亟需解决的难题；
现行主流的锂离子电池回收工艺为“拆解+破碎+湿法浸出+材料合成”，该方法可以提取锂、镍、钴、锰、铜等有价金属，而石墨负极一般采取填埋或焚烧处理，极大地浪费了资源，基于此，提出了本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法，通过石墨粉提取、石墨粉热解、石墨纯化、石墨插层、超声处理；解决了现有的锂电池回收工艺效果较差，资源浪费多的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法，包括如下步骤：
步骤S1石墨粉提取：将废旧锂离子电池在盐溶液中放电，放电后拆解、分离，得到石墨粉；
步骤S2石墨粉热解：将S1中得到的石墨粉在热解炉中进行热解；
步骤S3石墨纯化：将S2中热解后的石墨粉进行酸洗除杂，得到纯化石墨；
步骤S4石墨插层：将S3中纯化后的石墨与聚合物进行调浆混合，在高压反应釜中进行插层反应，反应后洗涤过滤得到插层石墨；
步骤S5超声处理：将S4中插层后的石墨进行超声处理，得到膨胀石墨。
进一步的，步骤S2所述的热解气氛为惰性气体，热解温度300-600℃，热解时间1-5h。
进一步的，步骤S3所述的酸为硫酸溶液，浓酸溶液的质量分数为10-50％，石墨粉和硫酸溶液的用量质量比为1:2-5，酸洗次数1-5次。
进一步的，步骤S4所述的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、3,4-乙烯二氧噻吩、聚吡咯中的一种或多种任意比例混合，聚合物与石墨的用量质量比为1:2-10，插层反应固液比1:2-5，反应温度80-150℃。
进一步的，步骤S5所述的超声处理时间为1-5h。
本发明的有益效果：
本发明是通过对废旧锂电子电池石墨负极进行石墨粉提取、石墨粉热解、石墨纯化、石墨插层、超声处理的方法得到膨胀石墨，该方法流程短，方法简单，能够得到膨胀倍率高的膨胀石墨，易于实现工业化，使得锂离子电池回收更彻底，减少了资源浪费的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法，具体包括如下步骤：
步骤S1石墨粉提取：将废旧锂离子电池在盐溶液中放电，放电后拆解、分离，得到石墨粉；
步骤S2石墨粉热解：将S1中得到的10g石墨粉加入热解炉中，在温度为400℃，氮气氛围的条件下，进行热解3h；
步骤S3石墨纯化：将S2中热解后的石墨粉用质量分数为10％的硫酸溶液酸以用量质量比1:2，酸洗5次，得到纯化石墨；
步骤S4石墨插层：将S3中纯化后的石墨与2g聚乙烯吡咯烷酮以用量质量比1:3进行调浆混合，加入高压反应釜中，在温度为110℃的条件下，进行插层反应，反应后洗涤过滤得到插层石墨；
步骤S5超声处理：将S4中插层后的石墨进行超声处理3h，得到膨胀石墨，量筒法测得其膨胀倍率为85倍。
实施例2
一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法，具体包括如下步骤：
步骤S1石墨粉提取：将废旧锂离子电池在盐溶液中放电，放电后拆解、分离，得到石墨粉；
步骤S2石墨粉热解：将S1中得到的石墨粉加入热解炉中，在温度为500℃，氮气氛围的条件下，进行热解2h；
步骤S3石墨纯化：将S2中热解后的10g石墨粉用质量分数为20％的硫酸溶液酸以用量质量比1:2，酸洗4次，得到纯化石墨；
步骤S4石墨插层：将S3中纯化后的石墨与4g聚乙烯吡咯烷酮以用量质量比1:3进行调浆混合，加入高压反应釜中，在温度为150℃的条件下，进行插层反应，反应后洗涤过滤得到插层石墨；
步骤S5超声处理：将S4中插层后的石墨进行超声处理5h，量筒法测得其膨胀倍率为110倍。
实施例3
一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法，具体包括如下步骤：
步骤S1石墨粉提取：将废旧锂离子电池在盐溶液中放电，放电后拆解、分离，得到石墨粉；
步骤S2石墨粉热解：将S1中得到的石墨粉加入热解炉中，在温度为500℃，氮气氛围的条件下，进行热解2h；
步骤S3石墨纯化：将S2中热解后的10g石墨粉用质量分数为20％的硫酸溶液酸以用量质量比1:2，酸洗4次，得到纯化石墨；
步骤S4石墨插层：将S3中纯化后的石墨与聚乙烯吡咯烷酮以用量质量比1:3进行调浆混合，加入高压反应釜中，在温度为110℃的条件下，进行插层反应，反应后洗涤过滤得到插层石墨；
步骤S5超声处理：将S4中插层后的石墨进行超声处理3h，得到膨胀石墨，量筒法测得其膨胀倍率为98倍。
实施例4
一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法，具体包括如下步骤：
步骤S1石墨粉提取：将废旧锂离子电池在盐溶液中放电，放电后拆解、分离，得到石墨粉；
步骤S2石墨粉热解：将S1中得到的石墨粉加入热解炉中，在温度为600℃，氮气氛围的条件下，进行热解1h；
步骤S3石墨纯化：将S2中热解后的10g石墨粉用质量分数为30％的硫酸溶液酸以用量质量比1:2，酸洗3次，得到纯化石墨；
步骤S4石墨插层：将S3中纯化后的石墨与4g3,4-乙烯二氧噻吩以用量质量比1:3进行调浆混合，加入高压反应釜中，在温度为150℃的条件下，进行插层反应，反应后洗涤过滤得到插层石墨；
步骤S5超声处理：将S4中插层后的石墨进行超声处理5h，得到膨胀石墨，量筒法测得其膨胀倍率为121倍。
实施例5
一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法，具体包括如下步骤：
步骤S1石墨粉提取：将废旧锂离子电池在盐溶液中放电，放电后拆解、分离，得到石墨粉；
步骤S2石墨粉热解：将S1中得到的石墨粉加入热解炉中，在温度为600℃的条件下，进行热解1h；
步骤S3石墨纯化：将S2中热解后的10g石墨粉用质量分数为30％的硫酸溶液酸以用量质量比1:2，酸洗3次，得到纯化石墨；
步骤S4石墨插层：将S3中纯化后的石墨与2g聚吡咯以用量质量比1:3进行调浆混合，加入高压反应釜中，在温度为110℃的条件下，进行插层反应，反应后洗涤过滤得到插层石墨；
步骤S5超声处理：将S4中插层后的石墨进行超声处理5h，得到膨胀石墨，量筒法测得其膨胀倍率为105倍。
实施例6
一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法，具体包括如下步骤：
步骤S1石墨粉提取：将废旧锂离子电池在盐溶液中放电，放电后拆解、分离，得到石墨粉；
步骤S2石墨粉热解：将S1中得到的石墨粉加入热解炉中，在温度为600℃的条件下，进行热解1h；
步骤S3石墨纯化：将S2中热解后的10g石墨粉用质量分数为30％的硫酸溶液酸以用量质量比1:2，酸洗3次，得到纯化石墨；
步骤S4石墨插层：将S3中纯化后的石墨与4g聚吡咯以用量质量比1:3进行调浆混合，加入高压反应釜中，在温度为150℃的条件下，进行插层反应，反应后洗涤过滤得到插层石墨；
步骤S5超声处理：将S4中插层后的石墨进行超声处理5h，得到膨胀石墨，量筒法测得其膨胀倍率为110倍。
对比例1
本对比例为中国专利CN103259062A公开的一种废旧锂离子电池回收再生石墨烯的方法，量筒法测得其膨胀倍率为59倍。
对比例2
本对比例为中国专利CN107959079A公开的一种废旧锂离子电池负极材料资源化的方法，量筒法测得其膨胀倍率为72倍。
与现有技术相比本发明值得的膨胀石墨烯的膨胀倍率高，并且能够使锂离子电池回收更彻底。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种由废旧锂离子电池石墨负极制备膨胀石墨的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S1石墨粉提取：将废旧锂离子电池在盐溶液中放电，放电后拆解、分离，得到石墨粉；步骤S2石墨粉热解：将S1中得到的石墨粉在热解炉中进行热解；步骤S2所述的热解气氛为惰性气体，热解温度300-600℃，热解时间1-5h；步骤S3石墨纯化：将S2中热解后的石墨粉进行酸洗除杂，得到纯化石墨；步骤S3所述的酸为硫酸溶液，石墨粉和硫酸溶液的用量质量比为1:2-5，酸洗次数1-5次；步骤S4石墨插层：将S3中纯化后的石墨与聚合物进行调浆混合，在高压反应釜中进行插层反应，反应后洗涤过滤得到插层石墨；步骤S4所述的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、3,4-乙烯二氧噻吩、聚吡咯中的一种或多种任意比例混合，聚合物与石墨的用量质量比为1:2-10，插层反应固液比1:2-5，反应温度80-150℃；步骤S5超声处理：将S4中插层后的石墨进行超声处理，得到膨胀石墨；步骤S5所述的超声处理时间为1-5h。
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