[发明专利]一种回收废弃锂亚电池制备锂-硫电池正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种回收废弃锂亚电池制备锂‑硫电池正极材料的方法：(1)将放电后的废弃锂亚硫酰氯电池拆卸，收集正极的硫/碳黑混合物；(2)用易挥发的有机溶剂清洗，过滤后收集滤渣；(3)加入到酸溶液中，加热搅拌，过滤，用水洗滤渣至中性，干燥收集得到的样品。本发明通过回收废弃锂亚电池得到一种硫单质非常均匀分布在碳黑的锂‑硫电池正极材料，该产品中硫具有非常均匀的分散性并且同碳黑间具有强的相互间作用力，碳黑能很好地导电和缓冲抑制硫体积膨胀；本发明方法简单易行，经济环保，易于规模化，具有广阔的应用前景、经济效益价值和社会环保价值。

技术领域

本发明涉及一种电池正极材料的制备方法，特别涉及一种回收废弃锂亚电池制备锂-硫电池正极材料的方法。

背景技术

锂亚硫酰氯电池，简称锂亚电池，已成为当今世界上生产的主要锂电池系列产品，广泛应用于航空航天、电子通讯、仪器仪表等领域，仅中国每年的锂亚硫酰氯电池消耗就上亿只。锂亚硫酰氯电池采用金属锂作为负极材料，亚硫酰氯为正极活性物质，碳黑为正极载体材料和集流体。在电池放电时，生成单质硫原位附着在正极碳黑表面，直至反应终止，电池废弃后如处理不当易污染环境，当前电池回收门槛高，目前国内鲜有废弃锂亚硫酰氯电池的回收技术报道。

锂-硫电池被认为是便携式电子设备及纯电动汽车的下一代高能量密度电源，受到工业界和科学界的极大地关注。锂-硫电池以单质硫为正极，金属锂为负极，通过硫-硫键的断裂/生成来实现电能与化学能相互转换，其理论比容量高达1675mAh g^-1，是一类能量密度高、低成本、环境友好的电池体系【Acc.Chem.Res.2013,46,1125；Nat.Mater.2012,11,19】。但硫的电子和离子绝缘性及充放电过程中的体积膨胀使锂-硫电池容量和循环稳定性下降【Nat.Mater.2009,8,500】，因此通常用碳材料与硫复合来增加硫的导电性和抑制硫的体积膨胀。通常固态硫需热处理及低压(真空)等成为硫蒸汽后与碳材料复合【一种锂硫电池正极材料、制备方法和锂硫电池CN104779376A；一种用于锂硫电池的多孔硫正极、其制备方法及锂硫电池，CN104362294A】，所需设备复杂，硫分布均匀性难于控制，不适合大规模制备。液态分散负载硫单质虽然具有较好的分散性，但通常需将硫单质溶于有机溶剂，但使用的二硫化碳等溶剂毒性大，步骤繁琐，难于控制和批量制备【锂硫电池正极材料及其制备方法，CN105140461A；Nano letters,2011,11,4288；电化学,2015,21,211】。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明旨在解决目前废弃锂亚硫酰氯电池回收困难及锂-硫电池正极材料制备方法存在工艺复杂、步骤繁琐、成本高、不易控制和批量化制备的问题提供一种通过回收废弃锂亚硫酰氯电池制备锂-硫电池正极材料的方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种回收废弃锂亚电池制备锂-硫电池正极材料的方法，包含以下操作步骤：

(1)将放电后的废弃锂亚硫酰氯电池拆卸，收集正极的硫/碳黑混合物；

(2)将(1)收集到的硫/碳黑混合物用易挥发的有机溶剂清洗，待硫/碳黑混合物中的亚硫酰氯和聚偏氟乙烯清洗干净，过滤后收集滤渣；

(3)将(2)收集后所得滤渣，即硫/碳黑混合物加入到酸溶液中，加热搅拌，过滤，用水洗涤滤渣至洗出液呈中性，干燥收集得到的样品。

优选的是，步骤(2)中所述的易挥发有机溶剂为乙醇、甲醇、乙醚、丙酮、正已烷、醋酸乙酯、甲乙酮、四氢呋喃或甲苯中的一种或一种以上混合物。

优选的是，步骤(3)中所述的酸溶液浓度为0.5～8mol/L。