一种退役动力电池中石墨材料再生利用的方法技术

本发明专利技术公开了一种退役动力电池中石墨材料再生利用的方法

【技术实现步骤摘要】
一种退役动力电池中石墨材料再生利用的方法


[0001]本专利技术涉及电池材料再利用
，尤其涉及一种退役动力电池中石墨材料再生利用的方法
。

技术介绍

[0002]锂电池负极材料作为充电过程中锂离子和电子的载体，是锂电池的重要原材料之一，占整个电芯质量的
15
％
‑
22
％
。
目前，行业内对负极材料通常以燃烧
、
堆存或作为炼钢添加剂的方式进行处理，造成极大的环境污染和资源浪费
。
根据当前的退役电池处理量进行推算，仅
2022
年退役电池量约
30
万吨，对应报废石墨约5万吨，市场规模达数十亿元
。
目前燃烧和填埋的处理方式造成了巨大的资源浪费与经济损失
。
[0003]现阶段对退役电池中石墨材料的再生利用仍处于起步阶段
。
石墨负极材料在循环使用过程中，会因锂离子不断嵌脱和溶剂的共嵌，导致缺陷增多，石墨化度降低，进而引起容量下降，首效降低
。
研究表明，对于循环后失效的石墨材料，再度石墨化仍不能恢复其缺陷结构
。
[0004]目前主要是通过酸洗除杂
、
高温煅烧
、
二次包覆等技术方法进行再生研究，但未能根据石墨的失效机制开展针对性
、
系统性
、
深入性的研究，导致再生材料实际应用性较差，综合性能偏低
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种退役动力电池中石墨材料再生利用的方法
。
本专利技术一种退役动力电池中石墨材料再生利用的方法，通过深度纯化
、
定向消解
、
硬碳修补
、
界面包覆的技术手段，得到的再生石墨材料纯度可达
99.9
％，材料性能优异，将容量衰减到
345mAh/g
的负极材料提升至
360mAh/g
，并且表现出极高的倍率性能和循环性能，
3C
倍率下的容量保持率约为
90
％，相较于
(
回收的石墨材料
)
提升
15
％；常温循环
1000
次衰减
<1
％，产品品质达到高端锂电池负极材料水平
。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术首先保护一种退役电池中石墨材料再生利用的方法，包括如下步骤：
[0008](1)
向锂电池黑粉中依次加酸及过氧化氢浸渍，过滤，收集石墨渣；
[0009](2)
将石墨渣加水分散得到分散液，振荡过筛；加酸浸渍，再加金属络合剂反应后，洗涤，干燥得到预处理石墨渣；
[0010](3)
对预处理石墨渣进行气相消解，得到气相消解的石墨渣；
[0011](4)
对气相消解的石墨渣进行树脂融合包覆，树脂碳化为硬碳，得到硬碳修补的石墨材料；
[0012](5)
使用软碳对硬碳修补的石墨材料进行界面包覆；
[0013](6)
对界面包覆的石墨材料进行除磁筛分，获得再生石墨，实现石墨再生
。
[0014]进一步地，步骤
(1)
中，所述锂电池为退役锂电池，所述锂电池包括三元锂
、
磷酸铁
锂
、
锰酸锂中的一种或多种；浸渍时，浸渍液的固含为
10
‑
30
％，浸渍液中酸的浓度为
0.5
‑
2mol/L
；所述浸渍的温度为
40
‑
80℃
，时间为
30min
‑
2h。
[0015]进一步地，步骤
(1)
中，所述酸包括硫酸
、
盐酸
、
硝酸中的一种或多种；所述过氧化氢与锂电池黑粉的质量比为5‑
20:100。
[0016]进一步地，所述废电池黑粉是废锂离子电池经拆解
、
破碎
、
筛分
、
热解
、
分选等工序得到的含镍
、
钴
、
锰
、
铜
、
铝和锂等金属及碳粉的黑色粉体
。
[0017]进一步地，步骤
(2)
中，所述分散液中石墨渣的质量分数为
10
％
‑
30
％；过筛是指过
200
‑
600
目筛；所述酸包括硫酸
、
盐酸或硝酸中的一种或多种，所述加酸浸渍时，浸渍液中酸的浓度为
0.5
‑
2mol/L
；所述加酸浸渍的时间为1‑
3h
，温度为
40
‑
80℃。
[0018]进一步地，步骤
(2)
中，所述金属络合剂包括乙二胺四乙酸二钠
、
十六烷基三乙基溴化铵中的一种；所述金属络合剂与石墨的质量比为
0.1
‑
0.2:100
；所述反应的时间为
10
‑
30min
；所述洗涤是用水洗涤至
pH≥5
；所述干燥的温度为
100
‑
110℃。
[0019]进一步地，步骤
(3)
中，所述气相消解的温度为
500℃
‑
800℃
，时间为1‑
4h
，气氛为含氧气的氮气或二氧化碳；所述含氧气的氮气或二氧化碳中氧气的体积分数为2％
‑5％；优选地，所述气氛为含氧化的二氧化碳
。
[0020]进一步地，步骤
(4)
中，所述树脂为液态树脂；所述硬碳修补的石墨材料中硬碳的填充量为
1.5
‑
2.5wt
％；碳化的温度为
900℃
‑
1500℃
，时间为2‑
4h
，保护气氛为氮气
、
氩气中的一种
。
[0021]进一步地，所述硬碳修复是通过相石墨粉末中加入液体树脂，通过机械融合将树脂填充包覆于石墨间隙，然后通过碳化得到硬碳修复的石墨材料
。
[0022]进一步地，所述机械融合的时间为5‑
30min。
[0023]进一步地，步骤
(5)
中，所述软碳为碳化的沥青，软碳的包覆量为
0.5
‑
1.5wt
％；界面包覆的温度为
1100℃
‑
1400℃...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种退役电池中石墨材料再生利用的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)
向锂电池黑粉中依次加酸及过氧化氢进行浸渍，过滤，收集石墨渣；
(2)
将石墨渣加水分散得到分散液，振荡过筛；加酸浸渍，再加金属络合剂反应后，洗涤，干燥得到预处理石墨渣；
(3)
对预处理石墨渣进行气相消解，得到气相消解的石墨渣；
(4)
对气相消解的石墨渣进行树脂融合包覆，树脂碳化为硬碳，得到硬碳修补的石墨材料；
(5)
使用软碳对硬碳修补的石墨材料进行界面包覆；
(6)
对界面包覆的石墨材料进行除磁筛分，获得再生石墨，实现石墨再生
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
(1)
中，所述锂电池为退役锂电池，所述锂电池包括三元锂
、
磷酸铁锂
、
锰酸锂中的一种或多种；浸渍时，浸渍液的固含为
10
‑
30
％，浸渍液中酸的浓度为
0.5
‑
2mol/L
；所述浸渍的温度为
40
‑
80℃
，时间为
30min
‑
2h。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
(1)
中，所述酸包括硫酸
、
盐酸
、
硝酸中的一种或多种；所述过氧化氢与锂电池黑粉的质量比为5‑
20:100。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
(2)
中，所述分散液中石墨渣的质量分数为
10
％
‑
30
％；过筛是指过
200
‑
600
目筛；所述酸包括硫酸
、
盐酸或硝酸中的一种或多种，加酸浸渍时，浸渍液中酸的浓度为
0.5
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：刘可禄，王涛，
申请(专利权)人：赣州天奇循环环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：