[发明专利]一种从废锂电池负极材料中分离锂和石墨并资源化利用的方法

说明书

本发明为一种从废锂电池负极材料中分离锂和石墨并利用石墨为原料制备石墨烯的方法。该方法包括负极石墨材料的预处理，废锂电池混合材料中的锂离子的分离浸出，石墨烯的制备。预处理主要包括锂电池的拆解、石墨材料的剥离、有机杂物的去除等。废锂电池混合材料中的锂离子的分离浸出包括对酸浓度、固液比、时间、温度和酸/氧化剂体积比等指标的控制，最后通过低温搅拌、过滤等方法，实现锂离子的回收。制备石墨烯包括石墨的氧化和还原，氧化主要包括氧化剂和升温过程等工艺参数的控制和调节，还原主要调节pH、水合肼与氧化石墨比值等参数。本方法通过一系列组合工艺的应用，最终得到锂富集浸出液和石墨烯。

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及一种从废锂电池负极材料中分离锂和石墨并制备石墨烯的方法，通过对锂电池负极石墨材料进行处理，得到含锂浸出液和石墨烯，在实现石墨和锂分离的同时，石墨也可以作为生产石墨烯的原料进行高质化资源利用。本发明适用于含石墨的废弃锂电池负极石墨材料的资源化利用。

背景技术

锂电池以其所拥有的优良性能而被广泛使用，但随之产生的大量废弃锂电池没有得到合理有效的处置而成为污染源。锂电池的长期使用，致使大量锂离子嵌入固定到石墨微结构中，石墨中的锂和石墨的资源化利用问题没有得到足够的重视，而从负极石墨材料中分离锂和石墨并将其制成石墨烯具有重大的实际意义，石墨烯是近些年是材料学研究的热点，在新能源、电子工业等领域具有极其广阔的应用前景。锂电池作为手机、电脑等电子产品的储能部件，具有使用频率高、报废周期短等特点。研究显示，锂电池的正负极组分、电解液等对环境和人体健康都有一定的不良影响。将废弃锂电池随意丢弃，锂电池中的各种有毒有害组分会通过各种途径进入到环境中，造成较严重的环境污染。

目前，对废锂电池的回收处理主要集中在正极材料的资源化利用方面，而对负极材料的资源化利用关注较少。负极石墨与含锂SEM膜长时间接触，由于可逆反应，部分锂离子不断嵌入并固定到石墨微结构中，致使锂离子以锂盐的形态在负极石墨中积累。同时石墨是一种重要的战略储备资源，可以成为制备石墨烯以及石墨烯衍生产品的重要原料。因此，锂电池负极石墨材料具有较大的回收利用价值。所以，本发明提出将锂电池负极石墨材料中的锂富集分离并将石墨材料制成石墨烯的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现对锂电池负极石墨材料中的锂分离，并将其制成石墨烯的方法。该法具有工艺简单，分离效果好，制备的石墨烯质量较好等特点。

由于锂电池的广泛应用，在锂电池的制造过程中，会对制造电极负极的石墨粉进行氧化处理以提高锂电池的可逆容量和循环性能。同时，在锂电池的使用过程中会在电极表面生成不溶于水的锂盐沉积物。针对废锂电池负极材料的特性，该发明提出了一种处理废锂电池负极材料的方法，处理锂电池中的负极石墨材料中的有机物后，进行锂的浸出并实现锂的回收，最后将石墨材料制备石墨烯。本发明在处理负极材料的过程中，控制反应时间和反应温度；考查盐酸浓度、时间、温度、固液比和酸/氧化剂体积比等因素对锂浸出率的影响，考查了各种酸对浸锂效果的影响；在石墨制备石墨烯过程中，考查了酸、氧化剂、温度等因素对石墨氧化过程的影响，考查了pH、水合肼/氧化石墨比值对氧化石墨还原过程的影响。

本发明提出的一种从废锂电池负极材料中分离锂和石墨并资源化利用的方法，具体步骤如下：

（1）、废锂电池的预处理

对废锂电池进行放电处理，破除锂电池外壳后获取含石墨负极材料的负极铜箔片，从负极铜箔片中剥离得到石墨粉体材料，将所得石墨粉体材料置于500℃~700℃马弗炉中灼烧1~2h，去除有机物；

（2）、废锂电池中锂离子的分离浸出