【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源，具体涉及一种废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法及其应用。
技术介绍
1、锂离子电池凭借其高能量功率密度、卓越的循环稳定性、高工作电压、出色的安全性能以及环境友好性等显著优势，在电动汽车、便携式电子设备、储能系统等多个领域得到了广泛且深入的应用。然而，作为消耗性产品，锂离子电池不可避免地存在一定的使用寿命限制。随着其使用寿命的逐渐耗尽，若大量的报废电池未能得到妥善处理和回收，其中所含的有害物质可能会泄漏到环境中，对土壤、水源和生态系统构成严重的威胁，进而影响到人类健康。
2、与此同时，废旧锂电池中蕴含的锂、钴、铜以及硅碳等关键材料，在全球资源日益紧张的当下，展现出了极高的回收价值。这些材料不仅是制造新电池所必需的重要原料，而且通过回收利用，还可以显著降低对原生资源的开采需求，减少能源消耗和环境污染。因此，对废旧锂电池进行科学有效的管理和处置，不仅能够有效缓解对环境的压力，保护生态环境，还能够实现资源的循环利用，带来显著的环境效益和经济效益。
3、目前，对废旧锂电池的回收主要关注点在于正极材料及其中的金属元素，而对其负极的硅碳材料研究还相对较少。硅碳材料因其具有高达4200mah/g的理论容量和0.5v的较低平台电位，在高比能锂离子电池中展现出了巨大的应用潜力。然而，硅碳材料在充放电循环过程中会发生显著的体积膨胀，导致负极材料在长期循环后出现破裂甚至粉化的现象。这不仅会破坏电池的结构稳定性，还会在负极材料表面形成一层较厚的固态电解质界面(sei)膜，进一步阻碍锂离子的传输，导致硅元素和锂
4、因此，对于收集的废旧硅碳负极材料，需要采用先进的处理技术进行进一步的处理，以恢复其原有的性能和质量。这不仅有助于满足硅碳负极材料回收再利用的要求，提高资源的利用率，还能够降低废旧电池对环境的负面影响，推动锂离子电池产业的可持续发展。然而，现有技术中鲜有相关报道。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，通过该方法可有效实现硅碳负极材料的再生。
2、本专利技术还提出上述方法的应用。
3、根据本专利技术的第一方面实施例的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，包括如下步骤：
4、s1、将废旧锂离子电池硅碳负极材料与碱性物质混合，在非氧化性气氛下煅烧，得到煅烧混合物；
5、s2、将所述煅烧混合物洗涤至中性，固液分离得到石墨材料和含硅溶液；
6、s3、将所述含硅溶液的ph调节至使硅酸根沉淀的水平，加热下反应，固液分离并收集硅酸沉淀；
7、s4、将所述硅酸沉淀与硅单质混合，研磨成微米量级粉末，并在真空条件下煅烧，收集生成的氧化亚硅；
8、s5、将氧化亚硅与步骤s2制得的石墨材料进行碳包覆处理，得到再生硅碳负极材料。
9、根据本专利技术实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：本专利技术提出了一种创新的方案，巧妙地通过一系列化学与物理处理步骤，高效回收并再利用废旧硅碳负极材料。该方案首先将废旧硅碳负极材料与碱性物质混合，并在非氧化性气氛条件下进行煅烧。这一步骤不仅有助于有效去除材料中的杂质，还能部分改变其结构，为后续处理奠定坚实基础。在煅烧过程中，硅成分会转化为硅酸盐。随后，通过简单的水浸处理，即可轻松地将石墨材料与含硅溶液分离。进一步地，通过调节含硅溶液的ph值，可以析出硅酸沉淀。加热条件下进行沉淀反应，通过提高反应体系温度可以促进水解、加快反应速率，反应更彻底，而且可使生成物由胶状物质加速凝聚成沉淀，加速陈化过程，以便于后续的过滤分离。将此硅酸沉淀与硅单质一同进行煅烧，即可生成氧化亚硅。整个处理流程操作简便，无需引入过多复杂试剂，却成功实现了硅与碳的有效分离和再利用，显著简化了回收利用流程，提升了经济效益。
10、本专利技术的另一大亮点在于，通过各步骤的巧妙组合，实现了硅元素与锂元素从废旧材料中的回收，并将它们重新整合至新的硅碳负极材料中。同时，还直接利用回收得到的石墨材料进行碳包覆，最大限度地回收和利用了材料中的有用成分。特别是，将回收的石墨材料重新用于包覆在氧化亚硅颗粒表面，形成了一层保护层。这一保护层不仅有效缓解了硅的体积膨胀问题，防止了负极材料的破裂和粉化，还显著增强了材料的整体结构稳定性，使其在长期循环过程中能够保持优异的性能。
11、综上所述，本专利技术方案通过一系列精心设计的化学和物理处理步骤，成功将废旧硅碳负极材料转化为高质量的再生材料。这种再生材料可直接应用于新电池的生产制造中，不仅降低了回收利用的难度和成本，还实现了材料的高效再生与循环利用，对于推动电池产业的可持续发展具有重要意义。
12、根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤s1中碱性物质包括碱金属碱或碱金属碳酸盐中的至少一种。
13、根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤s1中碱性物质包括氢氧化钠、氢氧化锂或碳酸钠中的至少一种。
14、根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤s1中废旧锂离子电池硅碳负极材料与碱性物质的质量比为5：1～5：6。
15、根据本专利技术的一些实施方式，所述非氧化性气氛包括二氧化碳、氮气或惰性气体中的至少一种。
16、根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤s1中煅烧温度为300℃～700℃；和/或，时间为4～5h。
17、根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤s2中洗涤为水洗。
18、根据本专利技术的一些实施方式，所述水洗的次数为3～5次。
19、根据本专利技术的一些实施方式，所述水洗过程中，水与煅烧混合物的液固比为4：1～8：1。
20、根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤s3中调节ph至1.5～3.0。
21、根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤s3中使用酸调节ph。
22、根据本专利技术的一些实施方式，所述酸为硫酸、盐酸或硝酸溶液。
23、根据本专利技术的一些实施方式，所述硫酸溶液浓度为1mol/l～2.5mol/l，盐酸溶液浓度为1mol/l～4mol/l，硝酸溶液浓度为1mol/l～2mol/l。盐酸、硝酸在加热条件下易挥发，因此，优选采用硫酸。
24、根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤s3中加热温度为70～90℃。
25、根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤s4中，所述硅酸沉淀与硅单质按摩尔比为1：0.8～1：1.2的比例混合。
26、根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤s4中，所述煅烧温度为1200～1800℃。
27、根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤s4中，所述煅烧时间为4～5h。
28、根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤s5中，所述氧化亚硅与石墨材料以质量比为10:1～10:1.4的比例混合。
29、根据本专利技术的一些实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：所述步骤S1中碱性物质包括碱金属碱或碱金属碳酸盐中的至少一种；优选地，所述步骤S1中碱性物质包括氢氧化钠、氢氧化锂或碳酸钠中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：所述步骤S1中废旧锂离子电池硅碳负极材料与碱性物质的质量比为5：1～5：6。
4.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：所述非氧化性气氛包括二氧化碳、氮气或惰性气体中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：所述步骤S1中煅烧温度为300℃～700℃；和/或，时间为4～5h。
6.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：所述步骤S3中调节pH至1.5～3.0。
7.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：所述步骤S3中加热温度为70～
8.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述煅烧温度为1200～1800℃；和/或，所述煅烧时间为4～5h。
9.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：所述步骤S5中，所述碳包覆处理的操作包括烧结，所述烧结条件包括如下条件中的至少一项：
10.根据权利要求1至9任一项所述的方法在制备锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：所述步骤s1中碱性物质包括碱金属碱或碱金属碳酸盐中的至少一种；优选地，所述步骤s1中碱性物质包括氢氧化钠、氢氧化锂或碳酸钠中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：所述步骤s1中废旧锂离子电池硅碳负极材料与碱性物质的质量比为5：1～5：6。
4.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：所述非氧化性气氛包括二氧化碳、氮气或惰性气体中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池硅碳负极材料再生方法，其特征在于：所述步骤s1中煅烧温度为30...
【专利技术属性】
技术研发人员：颜志雄，冯子倩，曹柯茹，江舟，曾樊钢，冯春绿，应旭峰，杜光潮，刘鲁平，冯凌云，
申请(专利权)人：浙江新时代中能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。