[发明专利]一种锂离子电池石墨负极回收利用再生石墨烯的方法

说明书

本发明通过对锂离子电池石墨负极的回收，采用对锂离子电池的放电、拆解、石墨预膨胀、中和以及烘干的步骤使电池负极的石墨被回收，同时有效的分离铜箔与石墨，回收的石墨纯度较高；再对回收的石墨进行再生，通过对石墨的低温、中温和高温阶段的反应，成功将回收的石墨再生为石墨烯，不仅可以减少电池对环境的污染，同时可以节约资源，提高回收的石墨的利用率和应用范围。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池石墨负极回收利用再生石墨烯的方法。

背景技术

锂离子二次电池自90年代前后问世以来，以其能量密度高，工作电压高，自放电小，循环寿命长，无记忆效应，安全性好而且对环境友好等优点逐渐成为商用高档二次电池的主流，被广泛应用于摄像机、移动电话、笔记本电脑、充电宝等多种便携式电子数码产品，另外，它也将是未来电动汽车轻型高能动力电池的理想电源。然而，随着锂离子电池的应用范围越来越广且需求量逐渐增大，废旧的锂离子电池的数量也是急剧上升的。废旧锂离子电池主要出现在两个方面，首先，在生产的过程中难免会产生许多不合格的电池；其次，在锂离子电池的使用寿命结束后，锂离子电池也会成为废旧产品。废旧锂离子电池中含有大量的石墨、电解液、隔膜以及正极材料，其中还包括镍、钴、铬、锰等重金属，所述的这些材料对大气、土壤以及周围的水体等造成不可挽回的污染，同时对人类和社会造成危害。因此，对锂离子电池的后续处理是社会亟待解决的问题。现有技术中，对于正极材料的回收已经逐渐形成产业化，趋于成熟；但是对于石墨负极的回收技术目前还无法直接产业化，这也是一直以来回收废旧锂离子电池的技术瓶颈，因此，对于石墨负极的回收和资源化利用是迫在眉睫的问题。

石墨烯的制备方法主要包括物理方法和化学方法，物理方法是通过微机械剥离法、液相或者气相直接剥离法来制备单层或多层石墨烯。化学方法包括化学气相沉积法(CVD)、晶体外延生长法(SiC高温返火)、氧化-还原法等。石墨烯的在现今的生活应用范围广泛，对于锂离子电池中的石墨而言，其具有良好的导电性，较高的碳的纯度、且石墨化程度高。因此将锂离子电池的石墨负极进行回收，从而达到节省资源，保护环境的效果。

发明内容

基于此，本发明提供了一种锂离子电池石墨负极回收利用再生石墨烯的方法以解决上述问题。

本发明的技术方案包括：

一种锂离子电池石墨负极回收利用再生石墨烯的方法，其步骤包括：

步骤(1)电池石墨负极的回收：取出锂离子电池的石墨负极放入溶液中进行预膨胀，充分反应后分离铜箔和石墨分散溶液；石墨分散溶液经过中和、固液分离、酸洗以及烘干后得到黑色石墨；

步骤(2)回收的石墨再生石墨烯：所述步骤(1)中黑色石墨经过强酸插层、氧化剂氧化、水解、固液分离、酸洗、烘干以及膨胀后制备石墨烯。

在其中一实施例中，所述步骤(1)中预膨胀所用溶液为水和/或稀盐酸，所述预膨胀中溶液与石墨负极含量范围为20:1～40:1。

在其中一实施例中，所述步骤(2)中强酸的加入量是所述步骤(1)中回收的黑色石墨重量的30-40倍。

在其中一实施例中，所述步骤(2)分为低温阶段、中温阶段和高温阶段，所述强酸插层和氧化剂氧化处于低温阶段，所述水解位于高温阶段之后。

在其中一实施例中，所述低温阶段保持在10-15℃，保持时间为1-1.5h；所述中温阶段为35-40℃，保持时间为1-3h；所述高温阶段为60-65℃，保持时间为1-1.5h。

在其中一实施例中，所述步骤(2)中的强酸为浓硫酸、浓硝酸以及高氯酸中的一种；氧化剂为高锰酸钾、重铬酸钾、次氯酸钠、氯酸钾、次氯酸钾、过硫酸钾、五氧化二磷、铁酸钾、硝酸钠以及硝酸钾中的一种或几种的组合。

在其中一实施例中，所述步骤(1)和步骤(2)中固液分离方式为抽滤或管式膜分离中一种。