[发明专利]一种高效再生石墨负极的方法

说明书

本发明属于电池材料回收再利用技术领域，公开了一种高效再生石墨负极的方法，包括如下步骤：在惰性气氛下，将废旧锂离子电池的石墨负极片放置于碳基基底上，采用高温短时加热法对石墨负极片进行快速升温至高温，并进行短时间的高温热处理，随后经过快速冷却，即实现石墨负极的高效再生。本发明可以短时间(秒级)实现石墨负极片的直接再生，显著提高时间和能源效率，避免了传统石墨再生工艺存在的长周期、复杂、能耗高等问题。

技术领域

本发明属于电池材料回收再利用技术领域，具体涉及一种高效再生石墨负极的方法。

背景技术

在过去的十年间，在化石能源供应紧缺和“双碳”目标的驱动下，锂离子电池(LIB)市场需求量显著提高。目前，全球大约有71.9亿部正在使用的手机，有接近10亿台笔记本电脑以及几十亿台平板电脑。消费电子领域对锂离子电池的需求不仅会保持在高位，而且由于各种消费电子的深入普及，这种需求还将进一步增加。在实际生活中手机电池的换代时间为12-18个月，手机的回收率低于5％，即使在各种政策鼓励和人民环保意识不断提高的当下，回收率仍然低于10％。到2025年，全球锂离子电池市场将达到950亿美元，预计年增长率约为16％，2012年废弃/废旧LIB为10700吨。预计到2030年将产生约1100万吨废旧锂离子电池。

锂离子电池中负极约占电池成本的10％，使得负极材料在产业界和科研领域渐渐得到关注。负极材料中含有大量的铜、碳和少量的锂金属(31mg g^-1)，因此对整个负极进行回收再利用具有重要意义。目前主要有以下几种方法进行负极的回收，如热处理、浸出、研磨浮选、电解和超声水解等。杨等人采用两步煅烧制石墨，然后用1.5mol L^-1的HCl浸出锂，去除Cu和Al后用Na₂CO₃析出锂，得到的碳酸锂纯度高于99％，同时废石墨通过在空气气氛下在500℃下热处理1小时实现再生。Gao等人进行了硫酸固化-酸浸实验，并在1500℃下连续煅烧进行石墨再生。再生石墨纯度可达99.6％。Zhou等人利用粉碎、振动筛分和气选分离和回收负极中的铜和碳粉，不同粒径的铜和石墨获得不同的回收率和纯度。研磨浮选用于从废锂离子电池中分离回收石墨，石墨浮选率可达73.56％。Zhang等人还采用浮选技术分离石墨和LiCoO₂，然后在500℃下利用热解去除分解的有机粘合剂，并利用超声波清洗去除残留的热解产物。Zhang等人利用电解的方法，实现了石墨的直接再生，同时使得负极材料与集流体剥离，在0.1C下首次放电容量达到427.81mAh g^-1；Zhang等人通过直接超声水解的方法实现了少层石墨烯的制备以及金属锂元素的回收，实现了较好的经济效益。但是这些方法分别存在能量消耗大、产生大量污水、过程繁杂和效率低等缺点，故亟需一种低能耗、流程简单、高效率、环境友好的方法来实现石墨负极的直接再生。

发明内容

针对现有的废旧石墨回收复杂的技术路线和较低的回收效率，本发明的目的是在于提供一种快速、高效、便捷、能耗低、环境友好的可实现再生石墨负极的方法。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种高效再生石墨负极的方法，在惰性气氛下，对废旧电池的石墨负极电极片采用高温短时加热法进行处理，之后快速冷却，即实现石墨负极的高效再生。

优选的，所述废旧电池完全放电至低于2.0V，所述石墨负极电极片先用溶剂洗涤除去表面残留的电解液并自然晾干，其中，洗涤溶剂优选碳酸二甲酯。

优选的，使用石墨负极的电池产品为各类锂离子电池。

优选的，所述高温短时处理的温度为1000-2000℃。

优选的，所述高温短时处理的短时间为10ms～1s。

优选的，所述高温短时处理的加热方法为脉冲加热方法，优选通过焦耳热直接加热、热传导加热或激光光源辐射加热的方法实现。