基于废旧三元锂离子电池电极混合粉制备高效电解水电极的方法技术

基于废旧三元锂离子电池电极混合粉制备高效电解水电极的方法，本发明专利技术的目的是为了解决现有回收锂电池的工艺比较复杂，环境污染和回收成本较高等一系列问题。制备高效电解水电极的方法：一、对废旧三元锂离子电池进行机械破碎，将收集的正极和负极混合粉体材料与粘结剂搅拌混合均匀，得到电极浆料；二、准备电极集流体；三、将电极浆料涂覆在电极集流体上，然后进行烘干处理；四、将步骤三得到的复合电极直接作为电解水制氢高效析氧电极。本发明专利技术实现了废旧电池中电极混合粉的合理使用，正极和负极功效互补。其中锂离废旧电池中回收的正极三元粉体作为电极中的催化剂物质，负极中的石墨可作为电极中导电网络，二者的复合形成了高效的析氧电极。析氧电极。析氧电极。

【技术实现步骤摘要】
基于废旧三元锂离子电池电极混合粉制备高效电解水电极的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用废旧锂离子电池的电极混合粉(正极和负极)直接制备电解水制氢中的析氧电极的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其具备能量密度高、循环性能好、自放电率小等优势被广泛应用在移动电子设备、新能源汽车、航空航天和国防军事等多个领域，并且伴随这些行业的蓬勃发展，锂离子电池使用量呈现出逐年增长的趋势。全球近年动力电池需求量预测可知，预计到2023年锂离子动力电池的销量将达到125.97GWh。但一般锂离子电池在数百次的充放电循环之后其材料和结构都会发生不可逆的转变导致其失效，导致其使用寿命通常都在3
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5年。所以，伴随着锂离子电池出货量持续高速增长，如何高效的实现废旧锂离子电池电极材料的回收和再利用则具有非常重要的意义。
[0003]镍钴锰酸锂三元正极材料作为一种新型电池正极材料，具有低成本、高性能和轻污染等优点，被认为是锂离子电池正极材料重点发展的产品之一。废旧三元电池主要包含金属外壳，正极，负极，隔膜和电解液五个部分，其中正极和负极是锂电回收的主要对象。通常正极含钴5％～20％、镍5％～10％、锂5％～7％、有机溶剂15％、塑料7％，具有较高的回收再利用价值。负极中电池级的石墨回收后也可以再次用于超级电容器的电极材料或者电池电极导电添加剂，也具有一定的回收价值。目前随着锂电池回收产业的迅速发展，废旧锂离子电池电极材料回收时首先通过机械将电池整体机械破碎，再通过磁选机把混合料中的钢壳分离，利用引风机去除隔膜，获得了正机和负极的混合粉。接下来还需要通过气流分离机对正负极粉体进行分离，筛选和分别回收。其中镍钴锰酸锂三元正极材料正极的回收按照流程可分为正极预处理(碱浸预处理、有机溶剂预处理、热解预处理)、有价金属浸出、有价金属分离回收等多个步骤。而负极石墨的回收也通常需要煅烧酸浸、机械浮选分离等方法。由此可见，目前的三元锂电回收再利用工艺存在回收工艺复杂、回收过程中强酸和碱大量使用，环境污染大，回收效率低，回收成本高等缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有回收锂电池的工艺比较复杂，环境污染严重和回收成本较高等一系列问题，而提供一种简单高效的直接利用废旧三元(镍钴锰酸锂)正极和石墨负极混合粉体材料制备电解水制氢中高性能析氧电极的方法。
[0005]本专利技术基于废旧三元(镍钴锰酸锂)锂离子电池电极混合粉制备高效电解水电极的方法按下列步骤实现：
[0006]一、对废旧三元(镍钴锰酸锂)锂离子电池进行机械破碎，收集锂离子电池正极和负极混合粉体材料，将收集的正极和负极混合粉体材料与粘结剂搅拌混合均匀，得到电极浆料；
[0007]二、准备电极集流体；
[0008]三、将电极浆料涂覆在电极集流体上，然后进行烘干处理，得到复合电极；
[0009]四、将步骤三得到的复合电极直接作为电解水制氢高效析氧(OER)电极。
[0010]本专利技术将废旧三元(镍钴锰酸锂)锂离子电池的正极和石墨负极混合粉体材料直接制备为电解水制氢中的析氧高效电极的方法和现有技术相比具有以下的优点：
[0011]1、本专利技术突破了传统锂电废旧电池回利用的传统模式，实现了废旧电池中电极混合粉的合理使用，正极和负极功效互补。其中锂离废旧电池中回收的正极三元粉体作为电极中的催化剂物质，负极中的石墨可作为电极中导电网络，二者的复合形成了高效的析氧电极。
[0012]2、混合粉作为高效电极的制备过程中，不需要任何的正负极粉体分离，酸碱浸出工艺，使得操作工艺简单，周期短，过程可控。
[0013]3、制备的电极具有较高的析氧催化活性，而且还具有良好的催化稳定性。
[0014]4、实现了废弃材料资源化，最大程度实现了三元废旧电池中各个成分的再利用，本专利技术的催化剂可大规模生产，实现产业化，也为电解水新型催化剂的开发开辟了新的思路和途径。
附图说明
[0015]图1是实施例一中步骤一中混合粉体材料的扫描电镜(SEM)图，其中1为石墨，2为三元正极材料(镍钴锰酸锂)；
[0016]图2是实施例一中步骤三清洗后的纯碳布扫描电镜(SEM)图；
[0017]图3是实施例一中步骤四以碳布为集流体的复合电极的扫描电镜(SEM)图；
[0018]图4是实施例一中步骤四以碳布为集流体的复合电极的X射线能谱(EDS)图；
[0019]图5是实施例一中清洗后的以碳布为集流体的复合电极和纯碳布的线性扫描伏安曲线(LSV)图，其中1为复合电极，2为纯碳布；
[0020]图6是实施例一中清洗后的以碳布为集流体的复合电极在10mA cm
‑2恒流条件下的测试稳定性图；
[0021]图7是实施例二中清洗后的泡沫镍扫描电镜(SEM)图；
[0022]图8是实施例二中清洗后的以泡沫镍为集流体的复合电极的扫描电镜(SEM)图；
[0023]图9是实施例二中清洗后以泡沫镍为集流体的复合电极、泡沫镍和以泡沫镍为集流体的二氧化钌复合电极的LSV图，其中1代表以泡沫镍为集流体的复合电极，2代表泡沫镍，3代表以泡沫镍为集流体的二氧化钌复合电极；
[0024]图10是实施例二中清洗后以泡沫镍为集流体的复合电极、泡沫镍和以泡沫镍为集流体的二氧化钌复合电极的Tafei斜率图，其中1代表以泡沫镍为集流体的复合电极，2代表泡沫镍，3代表以泡沫镍为集流体的二氧化钌复合电极；
[0025]图11是实施例二中清洗后以泡沫镍为集流体的复合电极和泡沫镍的双层电容测试图，其中1代表以泡沫镍为集流体的复合电极，2代表泡沫镍；
[0026]图12是实施例二中清洗后以泡沫镍为集流体的复合电极在10mA cm
‑2恒流条件下的测试稳定性图。
具体实施方式
[0027]具体实施方式一：本实施方式基于废旧三元(镍钴锰酸锂)锂离子电池电极混合粉制备高效电解水电极的方法按下列步骤实现：
[0028]一、对废旧三元(镍钴锰酸锂)锂离子电池进行机械破碎，收集锂离子电池正极和负极混合粉体材料，将收集的正极和负极混合粉体材料与粘结剂搅拌混合均匀，得到电极浆料；
[0029]二、准备电极集流体；
[0030]三、将电极浆料涂覆在电极集流体上，然后进行烘干处理，得到复合电极；
[0031]四、将步骤三得到的复合电极直接作为电解水制氢高效析氧(OER)电极。
[0032]本实施方式三元的正极材料是由多种过渡元素组成，而过渡元素化合物能作为电解水制氢中的有效催化剂，因此废旧的三元正极材料有制得良好电解水制氢催化剂材料的基础。但其自身缺点也较明显，就是导电性较差，而考虑到三元负极材料(石墨)又恰具有良好的导电特性。因此，本实施方式突破废旧锂离子电池回收利用的传统模式，直接把废旧锂离子电池拆解过程中产生的电极混合粉(正极和负极)制备为电解水制氢中的析氧(OER)高效电极。采用此方法，一方面开辟了锂电混合粉直接利用的新途径，另一方面从变废本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于废旧三元锂离子电池电极混合粉制备高效电解水电极的方法，其特征在于该制备高效电解水电极的方法按照以下步骤实现：一、对废旧三元锂离子电池进行机械破碎，收集锂离子电池正极和负极混合粉体材料，将收集的正极和负极混合粉体材料与粘结剂搅拌混合均匀，得到电极浆料；二、准备电极集流体；三、将电极浆料涂覆在电极集流体上，然后进行烘干处理，得到复合电极；四、将步骤三得到的复合电极直接作为电解水制氢高效析氧电极。2.根据权利要求1所述的基于废旧三元锂离子电池电极混合粉制备高效电解水电极的方法，其特征在于步骤一中所述的正极材料为层状锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂、磷酸锰锂、硅酸铁锂、硅酸锰锂或者硅酸钴锂。3.根据权利要求2所述的基于废旧三元锂离子电池电极混合粉制备高效电解水电极的方法，其特征在于步骤一中所述的负极材料为石墨、硬碳、软碳或者石墨烯。4.根据权利要求1所述的基于废旧三元锂离子电池电极混合粉制备高效电解水电极的方法，其特征在于步骤一中混合粉体材料中正极材料和负极材料的质量比为1:1～5:1。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志红，崔冉，王硕，明跃彬，孔晋，孙婷婷，敖广红，苗继鹏，魏波，吕喆，
申请(专利权)人：哈尔滨巴特瑞资源再生科技有限公司，
类型：发明
国别省市：