[发明专利]修复再生锂离子电池石墨负极材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于电池材料修复再生技术领域，具体涉及一种修复再生锂离子电池石墨负极材料的方法。

背景技术

自90年代索尼成功开发应用以来，锂离子电池因其具有体积小、质量轻、电压高、比能量高、无记忆、自放电小、寿命长等优点，广泛应用于手机、笔记本、数码相机等领域。近几年来，随着新能源汽车的迅猛发展，全球锂离子电池规模呈现几何级数的增长，我国已成为全球重要的锂离子电池生产基地。与此同时，预计到2020年，我国动力电池累计报废量将达到12万至17万吨，而不足2%的回收率直接导致资源浪费和环境污染。负极材料占锂电池成本的30%左右，因此对报废动力电池中负极材料进行回收再利用，具有重要的经济效益和环保效应。电池经多次充放电循环后（尤其是动力电池的高倍率充放电），其负极材料（动力电池主要为人造石墨）由于体积变化会出现石墨片层剥离、过度溶胀、塌陷现象，层状结构遭到破坏，不能进行大电流充放电。

发明内容

本发明提出一种修复再生锂离子电池石墨负极材料的方法。

由于负极的构造为由石墨、导电剂、增稠剂、粘结剂和集流体组成，其中，导电剂为碳材料，增稠剂为羧甲基纤维素钠（CMC），粘结剂为丁苯橡胶（SBR），集流体为铜箔。本发明首先将负极材料与铜箔分离；再将负极粉中的增稠剂和粘结剂去除，得到石墨粉和导电剂；最后将石墨粉和导电剂重新石墨化改性，使得石墨粉重新石墨化恢复层状结构，导电剂石墨化成为可储锂的负极材料。再生出的负极材料具有良好的耐过充和循环性能。

本发明的技术方案具体如下：

一种修复再生锂离子电池石墨负极材料的方法，包括以下步骤：

步骤1，将石墨负极材料和水投入反应釜内，搅拌使石墨负极材料中的增稠剂和粘结剂Ⅰ溶于水中，釜内混合物经筛网过滤分离铜箔，再经离心机分离得到石墨和导电剂粉体混合材料；

步骤2，向上述石墨和导电剂粉体混合材料中加入粘结剂Ⅱ和石墨化催化剂，均匀混合得到混合物A；

步骤3，将上述混合物捏合后模压成型，在N₂保护下，放入炭化炉中炭化处理得到炭化物料；

步骤4，将上述炭化物料球化整形，并在石墨化炉中进行石墨化处理；冷却后的物料经筛分、除磁性异物得到修复再生人造石墨负极材料。

所述步骤1中反应釜内的温度为25℃~80℃。

所述步骤2中粘结剂Ⅱ为石油沥青、中间相沥青、煤沥青和酚醛树脂中的一种或几种，用量占混合物A总质量的10~20wt.%。

所述步骤2中的石墨化催化剂为硼酸钠、碳化硼、氮化硼、碳化硅中的一种或几种，用量占混合物A总质量的2~8 wt.%。

所述步骤3中炭化温度为800~1500℃，保温时间为6~24 h。

所述步骤4中石墨化温度为2600~3200 ℃，保温时间为10~20 h。

本发明具有以下有益效果：

报废锂离子电池中的负极材料经过本发明方法处理后，颗粒形貌规整，颗粒尺寸在20 μm左右；

将修复再生人造石墨负极材料作为负极活性材料，按质量比90wt.%的负极活性材料、5wt.%的丁苯橡胶（SBR）、5wt.%的羧甲基纤维素钠（CMC），用水作溶剂匀成浆料，将浆料涂在铜箔上，烘干后制成负极片；金属锂片为对电极；1M LiPF6溶解在碳酸乙烯酯（EC）：碳酸二甲酯（DMC）（质量比1:1）的溶剂为电解液；在手套箱中组装成2025型扣式模拟电池。采用武汉蓝电充放电测试仪对电池进行充放电测试，测试条件为0.005~2V/0.1C，50次循环后材料的容量保持率为91.8~93.7%；

因此，报废锂离子电池中的负极材料经过本发明方法处理后，其结构和电化学性能得到恢复，具备可再生利用价值，可重新应用于锂电池市场。

综上所述，本发明方法具有良好的经济和环保效益。

附图说明

图1为实施例1制备的人造石墨负极材料的SEM图。

图2为实施例1制备的人造石墨负极材料的循环曲线。

具体实施方式

实施例1

1）将10kg涂覆有石墨负极的铜箔投入50L反应釜内，并加入40L水。控制釜内温度为50℃并持续搅拌4h，将混合物经80目筛网分离除掉铜箔，再进入离心机进行固液分离，烘干后得到石墨和导电剂粉体混合材料；