CN116443865A - 一种废旧锂离子电池负极石墨制备石墨烯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废旧锂离子电池负极石墨制备石墨烯的方法,该技术主要以废旧锂离子电池中的废旧石墨为原料,利用超低温液氮冷凝破坏石墨层间的键能,再通过高速剪切制备石墨烯,将低成本的石墨转化成价格昂贵的石墨烯,不仅将废旧石墨进行回收避免其对环境的污染,同时将废弃物制备成高质量的石墨烯,具有较大的经济效益。该技术具有操作简单,流程短、产率高、易实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及废旧锂离子电池回收技术领域,具体是一种废旧锂离子电池负极石墨制备石墨烯的方法。
背景技术
锂电池具有体积小、比能量高、自放电小、无记忆效应等优点,目前已成为最有前途的二次电池和增长最快的化学储能电源。由于锂电池在便携式通信设备、电动汽车及船舶、航空航天以及军事领域等储能系统中的广泛应用,锂电池市场规模日益扩大。石墨具有成本低、储量丰富、能量密度高、功率密度大及循环寿命长等优点,是一种理想的负极材料,在锂电池负极材料中占据主导地位。目前关于电池回收的研究主要集中于正极材料中金属的回收,锂离子电池负极含有十分丰富的石墨和铜,若能妥善回收利用,将缓解资源紧缺和避免环境污染。但负极材料的回收问题同样不容忽视。
废旧锂离子电池负极石墨回收的常用手段为改性或直接再生等。通过改性再生的废旧石墨电化学性能优异,但技术不成熟且成本较高;通过直接再生的废旧石墨在充放电过程中结构被破坏且残留了其他杂质,电化学性能相对于商用石墨具有一定的劣势。因此将废旧的石墨制备成价格昂贵的石墨烯是目前许多研究者关注的焦点,但目前将废旧的石墨制备成石墨烯采用的技术操作复杂,实验危险性较高,不可避免的产生二次污染。
发明内容
本发明针对现有回收技术的不足,采用一种废旧锂离子电池负极石墨制备石墨烯的方法,该技术无需添加大量的酸碱浸性和高氧化性化学物质,可实现低成本条件下将废旧石墨制备石墨烯,具有操作简单,工艺流程短,易实现工业化生产等优点。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:一种废旧锂离子电池负极石墨制备石墨烯的方法,该方法包括以下步骤:
1)将废旧锂离子电池放入氯化钠溶液中浸泡使电池中残留的电量进行深度放电,将电池捞出自然烘干进行切割拆解,归类正负极片、隔膜、外壳;
2)将归类得到的废旧负极片剪成约1cm*1cm的小片放入盛有乙醇的烧杯中,高速搅拌使得石墨从铜箔剥离,大孔筛网过滤分离石墨和铜箔,将过滤得到的石墨在80℃下干燥,滤液可重复使用;
3)将步骤2)中得到的石墨先用液氮冷凝浸泡10-60min破坏石墨之间的键能,将浸泡后的石墨以固液比1:10-1:50加入溶液A中,高速剪切机剪切1-8h,得到石墨烯浆料;
4)得到的石墨烯浆料进行超声1-8h,然后再进行高速离心提取石墨烯。
优选地,所述步骤1)中的氯化钠溶液,其中氯化钠的质量浓度为5%。
优选地,所述步骤2)中筛网的尺寸可控制在60目-400目。
优选地,所述步骤3)中的溶液A可以为水、乙醇、DMF。
本技术方案相对现有的废旧锂离子电池元素回收制备石墨烯方法具有如下优点
1.该技术采用低成本的石墨制备出价格昂贵的石墨烯,具有巨大的经济效益;
2.该技术与传统石墨烯的制备工艺相比,无需要添加大量的酸碱性和高氧化性化学物质;
3.石墨用液氮冷凝浸泡可破坏石墨层之间的键能,当快速汽化即可使得石墨层撑开,同时液氮冷凝浸泡破坏力又不足于破坏石墨环结构结构,可保持石墨的优异性能。
4.该技术具有操作简单,工艺流程短,处理量大,产率高,易实现工业化生产等优点。
附图说明
图1为实例1中的石墨烯浆料不同时间变化图;
图2为实例3中的石墨烯的SEM图(a为200nm;b为100nm);
图3为实例5中的石墨烯的TEM图(a为1um;b为100nm)。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1
1)将废旧锂离子电池放入质量浓度为5%的氯化钠溶液中浸泡使电池中残留的电量进行深度放电,将电池捞出自然烘干进行切割拆解,归类正负极片、隔膜、外壳;
2)将归类得到的废旧负极片剪成约1cm*1cm的小片放入盛有乙醇的烧杯中,高速搅拌使得石墨从铜箔剥离,60目大孔筛网过滤分离石墨和铜箔,将过滤得到的石墨在80℃下干燥,滤液可重复使用;
3)将步骤2)得到的石墨先用液氮冷凝浸泡10min破坏石墨之间的键能,将浸泡后的石墨以固液比1:10加入DMF溶液中,再通过高速剪切机进行剪切1h得到石墨烯浆料;
4)将步骤3)得到的石墨烯浆料进行超声5h,高速离心提取石墨烯。
实施例2
1)将废旧锂离子电池放入质量浓度为5%的氯化钠溶液中浸泡使电池中残留的电量进行深度放电,将电池捞出自然烘干进行切割拆解,归类正负极片、隔膜、外壳;
2)将归类得到的废旧负极片剪成约1cm*1cm的小片放入盛有乙醇的烧杯中,高速搅拌使得石墨从铜箔剥离,100目大孔筛网过滤分离石墨和铜箔,将过滤得到的石墨在80℃下干燥,滤液可重复使用;
3)将步骤2)得到的石墨先用液氮冷凝浸泡10min破坏石墨之间的键能,将浸泡后的石墨以固液比1:10加入水溶液中,再通过高速剪切机进行剪切5h得到石墨烯浆料;
4)将步骤3)得到的石墨烯浆料进行超声4h,高速离心提取石墨烯。
实施例3
1)将废旧锂离子电池放入质量浓度为5%的氯化钠溶液中浸泡使电池中残留的电量进行深度放电,将电池捞出自然烘干进行切割拆解,归类正负极片、隔膜、外壳;
2)将归类得到的废旧负极片剪成约1cm*1cm的小片放入盛有乙醇的烧杯中,高速搅拌使得石墨从铜箔剥离,200目大孔筛网过滤分离石墨和铜箔,将过滤得到的石墨在80℃下干燥,滤液可重复使用;
3)将步骤2)得到的石墨先用液氮冷凝浸泡60min破坏石墨之间的键能,将浸泡后的石墨以固液比1:50加入DMF溶液中,再通过高速剪切机进行剪切4h得到石墨烯浆料;
4)将步骤3)得到的石墨烯浆料进行超声2h,高速离心提取石墨烯。
图2为本实例的SEM图,从图中可以看出明显的石墨烯层,同时具有一定石墨烯褶皱的特性。
实施例4
1)将废旧锂离子电池放入质量浓度为5%的氯化钠溶液中浸泡使电池中残留的电量进行深度放电,将电池捞出自然烘干进行切割拆解,归类正负极片、隔膜、外壳;
2)将归类得到的废旧负极片剪成约1cm*1cm的小片放入盛有乙醇的烧杯中,高速搅拌使得石墨从铜箔剥离,60目大孔筛网过滤分离石墨和铜箔,将过滤得到的石墨在80℃下干燥,滤液可重复使用;
3)将步骤2)得到的石墨先用液氮冷凝浸泡50min破坏石墨之间的键能,将浸泡后的石墨以固液比1:10加入乙醇溶液中,再通过高速剪切机进行剪切4h得到石墨烯浆料;
4)将步骤3)得到的石墨烯浆料进行超声4h,高速离心提取石墨烯。
实施例5
1)将废旧锂离子电池放入质量浓度为5%的氯化钠溶液中浸泡使电池中残留的电量进行深度放电,将电池捞出自然烘干进行切割拆解,归类正负极片、隔膜、外壳;
2)将归类得到的废旧负极片剪成约1cm*1cm的小片放入盛有乙醇的烧杯中,高速搅拌使得石墨从铜箔剥离,250目大孔筛网过滤分离石墨和铜箔,将过滤得到的石墨在80℃下干燥,滤液可重复使用。
3)将步骤2)得到的石墨先用液氮冷凝浸泡30min破坏石墨之间的键能,将浸泡后的石墨以固液比1:50加入水溶液中,再通过高速剪切机进行剪切6h得到石墨烯浆料;
4)将步骤3)得到的石墨烯浆料进行超声8h,高速离心提取石墨烯。
图3为本实例5制备的石墨烯的TEM图,图3-a表明低倍率中可以清晰的看到石墨烯纳米片,图3-b图中可以看到石墨烯片的堆积,与图2的SEM图呈现的石墨烯层结构相吻合。
上述说明是针对本发明可行实施例的详细说明,但实施例并非用以限定本发明的专利专利申请范围,凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更,均属于本发明所涵盖专利范围。
Claims (4)
1.一种废旧锂离子电池负极石墨制备石墨烯的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将废旧锂离子电池放入氯化钠溶液中浸泡,将电池捞出自然烘干进行切割拆解,归类正负极片、隔膜、外壳;
2)将步骤1)得到的废旧负极片剪成约1cm*1cm的小片放入盛有乙醇的烧杯中,高速搅拌,大孔筛网过滤分离石墨和铜箔,将过滤得到的石墨在80℃下干燥;
3)将步骤2)得到的石墨用液氮冷凝浸泡10-60min,将浸泡后的石墨以固液比1:10-1:50加入溶液A中,然后高速剪切机1-8h,得到石墨烯浆料;
4)将步骤3)得到的石墨烯浆料进行超声1-8h,然后高速离心提取石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种废旧锂离子电池负极石墨制备石墨烯的方法,其特征在于,所述步骤1)中的氯化钠溶液,其中氯化钠的质量浓度为5%。
3.根据权利要求1所述的一种废旧锂离子电池负极石墨制备石墨烯的方法,其特征在于,所述步骤2)中筛网的尺寸可控制在60目-400目之间。
4.根据权利要求1所述的一种废旧锂离子电池负极石墨制备石墨烯的方法,其特征在于,所述步骤3)中的溶液A可以为水、乙醇、DMF。
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