[发明专利]一种以废旧电池石墨负极制备膨胀石墨/硅碳材料的方法

说明书

一种以废旧电池石墨负极制备膨胀石墨/硅碳材料的方法。本发明包括以下步骤：(1)取废旧石墨负极片进行酸洗、过滤、干燥得石墨材料；(2)将步骤(1)所得石墨材料与插层剂和氧化剂混合进行反应，随后水洗、过滤、干燥得可膨胀石墨；(3)可膨胀石墨置于马弗炉中焙烧一段时间得膨胀石墨；(4)将所得膨胀石墨与硅碳材料球磨，球磨后得膨胀石墨/硅碳复合材料。根据本发明提供的方法，不仅有效地减轻废旧锂离子电池所产生的污染，且能将其中负极废旧石墨材料回收再生成膨胀石墨/硅碳复合负极材料。再生材料具有优良的机械强度和韧性，且循环性能好、可逆容量大、容量保持率高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种以废旧电池石墨负极制备膨胀石墨/硅碳材料的方法

背景技术

锂离子电池自1990年实现商业化以来，以其容量高、质量轻、循环性能好且污染小等诸多优点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑和数码相机等便携式电子设备中。但由于锂离子电池的兴起，大量石墨材料被用作电池电极，而缺少合理的回收方法，造成大量材石墨料的浪费。

目前商业化的负极材料主要是石墨(MCMB)，其理论比容量只有372mAh/g，与传统的石墨负极材料相比，硅具有极高的质量比容量(4200mAh/g)是天然石墨的十多倍。相比于碳材料，硅的脱嵌锂电位更高，可有效避免大倍率充放电过程中锂的析出，能够提高电池的安全性。但由于硅在充放电过程中存在体积膨胀效应，使其结构被破坏，活性材料从集流体上脱落，且不断形成不可逆电解质膜，最终导致硅负极材料可逆容量、循环稳定性和倍率性能较差。硅碳复合纳米结构是抑制体积膨胀一种非常有效的途径。这主要是因为碳材料导电性能良好、体积变化小。包覆后的硅材料，可增强材料的导电性能，避免硅纳米颗粒之间的团聚以及材料的膨胀，从而增长循环寿命，提高倍率性能。

研究表明，膨胀石墨具有优异的电学、力学性能，高的理论比表面积，这些特性决定了其在锂离子电池领域的巨大应用潜力，已有不少研究者开展了利用膨胀石墨复合来改善负极材料电化学性能的研究。特别是用废旧石墨制备膨胀石墨/硅碳材料的锂离子电池负极材料具有良好的经济效益和广阔的市场前景。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种以废旧电池石墨负极制备膨胀石墨/硅碳材料的方法，本发明方法制备过程简单，有效利用废旧石墨材料，且再生材料具有可逆容量大、容量可设计、循环性能和大电流放电能力好、振实密度高的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种以废旧电池石墨负极制备膨胀石墨/硅碳材料的方法，包括以下步骤：

(1)取废旧锂电池的负极片进行酸洗、过滤、干燥得到石墨材料；

(2)将所得再生石墨材料置于氧化剂和插层剂的混合溶液中进行反应，待反应结束后，水洗、过滤、干燥得到可膨胀石墨；

(3)将制备的可膨胀石墨置于马弗炉中焙烧一定时间，待反应结束，冷却后得到膨胀石墨；

(4)将所得膨胀石墨与硅碳材料球磨得膨胀石墨/硅碳复合材料。

优选的，步骤(1)酸洗所用酸选自硝酸、硫酸、三氟乙酸中的一种或多种。

优选的，步骤(1)中，所述负极片与酸的固液比为1:10～100g/L，更为优选的，所述负极片与酸的固液比为60g/L。

优选的，步骤(1)中，所述酸洗酸的质量浓度为0～5mol/L，更为优选的，所述酸洗酸的质量浓度为2mol/L。

优选的，步骤(1)中，10～120min，更为优选的，所述酸洗时间为30min。

优选的，步骤(1)中，20～60℃，更为优选的，所述酸洗温度为40℃。

优选的，步骤(2)中，所述氧化剂选自高锰酸钾、重铬酸钾、高氯酸和双氧水中的一种或多种。