[发明专利]利用废旧电池负极石墨的碳基氧还原催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种利用废旧电池负极石墨的碳基氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)从废旧电池中回收石墨渣，然后将石墨渣、过渡金属盐和氮源加入到酸溶液中，在冰浴中搅拌反应，得到络合物溶液；(2)将络合物溶液进行水浴加热，再干燥，得到催化剂前体；(3)将催化剂前体在惰性气体氛围下进行热处理，即得所述利用废旧电池负极石墨的碳基氧还原催化剂。本发明采用废旧锂离子电池回收过程中产生的石墨渣为原料，制备催化剂的成本降低，循环利用资源，减少环境污染，既有社会效益，又有经济效益。

技术领域

本发明属于催化剂领域，具体涉及一种利用废旧电池负极石墨的碳基氧还原催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，随着国家大力推行新能源汽车和储能市场，动力锂离子电池得到高速发展。与此同时，每年产生的废旧锂离子电池的数量急剧增多，废旧锂离子电池的污染问题和资源回收利用问题成为亟需解决的问题。这些废旧锂离子电池中含有许多重金属元素、有机电解液以及石墨，如果随意丢弃将对环境产生巨大的危害，而且会造成资源的极大浪费，因此对废旧锂离子电池的回收利用不仅有利于环境的保护，更有利于资源的回收利用，具有重大的现实意义。

目前对废旧锂离子电池的回收主要集中在正极材料的回收，但在电池充放电过程中，石墨负极的结构几乎没有发生改变，具有很大的回收意义。质子交换膜燃料电池技术具有低排放、转换效率高、能量密度高等优点，是较为理想的动力电池。铂基催化剂是燃料电池氧还原反应中性能最好的催化剂，但铂价格昂贵，储量稀少，因此需要发展低铂或非铂催化剂。其中掺杂非贵金属的碳基催化剂具有良好的催化活性，且制备成本低，是目前的研究热点之一。

虽然目前掺杂非贵金属的碳基催化剂也有采用碳热还原法和浸渍法制备，制备的活性成分为Co、Mo，其成本高且制备方法复杂。

因此，亟需提供一种制备方法简单、成本低、经济效益好的利用废旧电池负极石墨的碳基氧还原催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用废旧电池负极石墨的碳基氧还原催化剂及其制备方法，本发明采用废旧锂离子电池回收过程中产生的石墨渣为原料，制备催化剂的成本降低，循环利用资源，减少环境污染，既有社会效益，又有经济效益。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种利用废旧电池负极石墨的碳基氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)从废旧电池中回收石墨渣，然后将石墨渣、过渡金属盐和氮源加入到酸溶液中，在冰浴中搅拌反应，得到络合物溶液；

(2)将络合物溶液进行水浴加热，再干燥，得到催化剂前体；

(3)将催化剂前体在惰性气体氛围下进行热处理，即得所述利用废旧电池负极石墨的碳基氧还原催化剂。

优选地，步骤(1)所述石墨渣的回收过程为：将废旧锂离子电池回收金属后留下的石墨渣干燥、破碎、过筛，得到石墨渣。

更优选地，所述过筛使用的筛网目数为100-400目。

优选地，步骤(1)所述过渡金属盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁、醋酸铁、硝酸钴、氯化钴或醋酸钴中的至少一种。

优选地，步骤(1)所述氮源为三聚氰胺、聚苯胺、苯胺或过硫酸铵中的至少一种。

优选地，步骤(1)所述石墨渣、过渡金属盐和氮源的质量比为(2-4)：(1-3)：(3-7)。

优选地，步骤(1)所述酸溶液为硫酸、盐酸或硝酸中的一种，所述酸溶液的浓度为0.5～3mol/L。

优选地，步骤(1)所述冰浴温度为-10℃～10℃，搅拌速率为200～600转/min，搅拌时间为4～24h。

优选地，步骤(2)所述水浴的温度为60℃～120℃，时间为2～4h。