[发明专利]利用锂电池废旧负极石墨制备石墨烯的方法和石墨烯

说明书

本发明属于回收处理废旧锂电池材料的技术领域，公开了一种利用锂电池废旧负极石墨制备石墨烯的方法和石墨烯，该方法包括以下步骤：(1)将废旧电池中回收的石墨粉夹装于导电网中，接入直流电源的阳极；(2)将电解槽中的电解质加热至熔融，保温，将所述直流电源的阳极、阴极浸入电解质中，静置，打开直流电源进行电解，得到电解石墨；(3)取出电解石墨，进行洗涤、超声分散、离心，干燥，即得石墨烯。本发明通过限域的方式将废旧负极石墨粉夹装于导电丝网中，该方式可以固定负极石墨，省去了将废旧负极石墨粉制备为石墨块体再进行后续电解的步骤，简化工艺。

技术领域

本发明属于回收处理废旧锂电池材料的技术领域，具体涉及一种利用锂电池废旧负极石墨制备石墨烯的方法和石墨烯。

背景技术

锂离子电池已经上市近30年，从便携式电子设备发展到动力装置，其产品影响着人们生产、生活的方方面面。在锂离子电池迅速发展的同时，电池退役问题备受电池、设备厂商关注。由于锂离子电池负极材料的价值较低，其回收及再利用方面一直未被重点关注。因而，将废旧负极石墨高附加值化，是实现资源再生与经济效益双赢的关键。石墨烯作为一种新型纳米碳材料，因其优异的光、电、热等优异特性，具有巨大的市场应用价值。但其成本、质量成为限制其进一步发展的关键因素。因而，从废旧负极石墨到石墨烯，可同时解决废旧负极的回收、石墨烯低成本制备的问题。对于相关技术，公开了一种废旧锂离子电池负极材料资源化的方法。该方法将废旧锂离子电池负极石墨材料浸在含有一定浓度H⁺的水溶液中进行上下震荡洗涤或回流循环洗涤。在回收锂资源的同时，使石墨层间膨胀，利用液相机械剥离的方法制备了石墨烯材料。该方法可以同时回收石墨负极及锂源，但工艺复杂，耗时长，回报率较低。相关技术还公开了一种废旧锂离子电池回收再生石墨烯的方法。该方法将废旧锂离子电池进行预充电或预放电处理后，将阴阳极涂层与集流体、外包装分离开来，得到阴阳极共混物料；经粉碎分级后，插层化石墨粉作为原料，采用氧化还原法或超声剥离法制备获得石墨烯。该方法使用氧化还原法剥离制备石墨烯，需要投入的原料、设备成本高，且氧化还原过程对石墨本征结构破坏严重。

因此，亟需研发一种结合现有的废旧锂离子电池拆解工艺，并根据回收的废旧负极石墨的特点进行开发制备石墨烯的方法。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种利用锂电池废旧负极石墨制备石墨烯的方法和石墨烯，该方法实现了锂离子电池中废旧负极石墨由废料到“黑金”的转化，且废旧锂离子电池负极石墨的回收率大于80％，废旧负极石墨到石墨烯的转化率大于99％。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用锂电池废旧负极石墨制备石墨烯的方法，包括以下步骤：

(1)将废旧电池中回收的石墨粉夹装于导电丝网中，接入直流电源的阳极；

(2)将电解槽中的电解质加热至熔融，保温，将所述直流电源的阳极、阴极浸入电解质中，静置，打开直流电源进行电解，得到电解石墨；

(3)取出电解石墨，进行洗涤、超声分散、离心、干燥，即得所述石墨烯；步骤(2)中，所述电解质为硫酸型铵盐。

优选地，步骤(3)中，还包括同时将离心分级所得电解渣重新夹装于导电丝网中，再次进行电解，在循环过程中，导电丝网可以重复使用。

锂离子电池中的负极石墨经过无数次的循环充放电后，石墨层间距被逐渐扩大，有利于插层化合物进入石墨层间。此外，负极石墨在拆解过程中残留金属杂质(铝、铜等)及金属化合物(镍、钴、锰等)可提高废旧负极石墨的电导性。根据废旧负极石墨的上述特性，本发明开发出限域-熔盐电解制备石墨烯的方法，电解后，废旧负极石墨中的金属杂质在阴极富集，纯化了阳极电解的石墨烯。

优选地，步骤(1)中，所述导电丝网为钼丝网、钛丝网、合金丝网或聚吡咯丝织网中的一种。

更优选地，所述导电丝网的目数大等于石墨粉的目数。