一种再生石墨材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及废弃锂离子电池回收处理领域，特别涉及一种再生石墨材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、自从1991年锂离子电池得到商业化应用以来，我国每年会产生大量的废旧锂离子电池，但大量的锂离子电池由于达到寿命极限被丢弃，目前石墨负极废料的主要处理方法是将其进行填埋和在高温下焚烧处理，尚未得到有效的回收与利用，虽然锂离子电池在使用过程中不会产生有毒有害的物质，但如果不能对废弃后的锂离子电池进行正确、有效地处理，一方面，废旧锂电池中的低分子有机物(碳酸甲酯、碳酸乙酯、碳酸甲乙酯等)不仅具有易燃易爆的特性，而且还会给自然环境与人类健康带来严重危害，而且废旧电池中含有的重金属及塑料等物质也会给环境带来重大的污染。而如果能对废旧电池加以回收再利用的话，不仅可以节约大量的自然矿产资源，还可以消除废旧电池所带来的各种危害。

2、由于锂电池负极材料对石墨的纯度要求很高，现在少有的石墨渣回收方法回收得到的石墨由于纯度等问题，很难作为锂电池负极材料再利用。因此，能提供一种可行的方案实现石墨渣回收再利用是该领域研究者亟需解决的问题。

3、“环氧树脂包覆改性天然石墨的结构与性能”的文章中，为了克服天然石墨做锂离子电池负极材料初始容量低、充放电循环性能差等缺点，有效地提高其电化学性能，以环氧树脂和天然石墨为原料，用包覆热解方法制备了环氧树脂包覆改性石墨。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种再生石墨材料及其制备方法和应用。本发明将以废旧电池回收的石墨渣为原料，制备得到了一种具有高首次库伦效率、高首次充电比容量以及高首次放电比容量的再生石墨材料。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提供了一种再生石墨材料的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)将石墨渣依次进行球磨、筛分取筛下物；

5、(2)步骤(1)结束后，在惰性气氛中烧结，得到烧结的石墨渣；

6、(3)将所述烧结的石墨渣与环氧树脂混合，加入固化剂固化，得到包覆石墨；

7、(4)在惰性气氛中，将所述包覆石墨进行石墨化处理，得到再生石墨材料；

8、所述石墨渣为废旧电池回收的石墨渣提取金属元素后所得。

9、在本发明中，进行球磨和筛分是为了去除石墨渣中的铝箔、铜箔等杂质；烧结可以有效去除石墨渣中电解液，粘接剂等有机物。惰性气氛指不参与反应的气氛，例如氦气气氛、氩气气氛等等。

10、步骤(3)中，烧结的石墨渣、环氧树脂以及固化剂的加入顺序并没有特殊要求，环氧树脂与固化剂发生化学反应，形成网状立体聚合物，将烧结的石墨渣包络在网状体之中。

11、需要说明，石墨渣从废旧电池中的回收手段，本发明不做特殊限定，即可以从电池(不单单限于锂离子电池中)中回收得到石墨渣的已公开的技术方案，本发明均适用。

12、在本发明的一个具体实施方式中，步骤(1)中，球磨后的粒径为20-60μm；筛分所用筛网目数：50-300目。

13、在本发明的一个具体实施方式中，步骤(2)中，烧结的温度为400-800℃，时间为30-120min。

14、在本发明的一个具体实施方式中，步骤(3)中，烧结的石墨渣和环氧树脂的质量比为100:5-100。

15、在本发明的一个具体实施方式中，步骤(3)中，烧结的石墨渣和环氧树脂的质量比为100:20。

16、在本发明的一个具体实施方式中，步骤(3)中，所述固化剂为改性胺固化剂。

17、在本发明的一个具体实施方式中，步骤(3)中，固化的时间为6-72h。

18、在本发明的一个具体实施方式中，步骤(4)中，石墨化处理的步骤为：从常温以15～20℃/min的升温速率升温到1000～1500℃，保温25～35min；再以5～10℃/min的升温速率升温到2000～2500℃，保温25～35min,再以3～8℃/min升温速率升温到2800～3000℃,保温250～350min，再以3～8℃/min升温速率升温到3000～3200℃,保温100～150min，最后降温，得到再生石墨材料。

19、本发明还提供了上述的制备方法制备得到的一种再生石墨材料。

20、本发明还提供了一种再生石墨材料作为负极材料在电池中的应用，所述电池包括锂离子电池和/或钠离子电池。

21、本发明提供的再生石墨材料，其具体的应用不仅仅限于锂离子电池中，同样适用于其他的电池结构中，且不仅仅适用于一次电池，也适用于二次电池结构中；进一步地，也不对电池的具体形态做特殊限定，液态电池或固态电池，均依据实际需求进行选择即可。

22、无论用于何种类型的电池结构中，电池的具体制备过程，以及相应的原料选择、制备均为常规技术手段，可制备得到所需的电池结构的技术方案，本发明均适用。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

24、本发明先对废旧电池回收的石墨渣进行预处理，去除石墨渣中铝箔、铜箔杂质，以及石墨渣中电解液，粘接剂等有机物，然后用环氧树脂包覆改性，再进行石墨化处理，制备得到再生石墨材料，所述再生石墨材料具有高首次库伦效率、高首次充电比容量以及高首次放电比容量。

技术特征：

1.一种再生石墨材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种再生石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，球磨后的粒径d90为：20-60μm；筛分所用筛网目数：50-300目。

3.根据权利要求1所述的一种再生石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，烧结的温度为400-800℃，时间为30-120min。

4.根据权利要求1所述的一种再生石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，烧结的石墨渣和环氧树脂的质量比为100:5-100。

5.根据权利要求1所述的一种再生石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，烧结的石墨渣和环氧树脂的质量比为100:20。

6.根据权利要求1所述的一种再生石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述固化剂为改性胺固化剂。

7.根据权利要求1所述的一种再生石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，固化的时间为6-72h。

8.根据权利要求1所述的一种再生石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，石墨化处理的步骤为：从常温以15～20℃/min的升温速率升温到1000～1500℃，保温25～35min；再以5～10℃/min的升温速率升温到2000～2500℃，保温25～35min,再以3～8℃/min升温速率升温到2800～3000℃,保温250～350min，再以3～8℃/min升温速率升温到3000～3200℃,保温100～150min，最后降温，得到再生石墨材料。

9.权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的一种再生石墨材料。

10.权利要求9所述的一种再生石墨材料作为负极材料在电池中的应用，所述电池包括锂离子电池和/或钠离子电池。

技术总结本发明提供一种再生石墨材料及其制备方法和应用，属于废弃锂离子电池回收处理领域。本发明的一种再生石墨材料的制备方法，包括：将石墨渣依次进行球磨、筛分取筛下物；然后在惰性气氛中烧结，得到烧结的石墨渣；再将所述烧结的石墨渣与环氧树脂混合，加入固化剂固化，得到包覆石墨；最后在惰性气氛中，将所述包覆石墨进行石墨化处理，得到再生石墨材料；所述石墨渣为废旧电池回收的石墨渣提取金属元素后所得。本发明制备的再生石墨材料具有高首次库伦效率、高首次充电比容量以及高首次放电比容量，满足作为锂离子电池负极材料的要求。技术研发人员：晏燕,姚勇,肖骏,秦舒浩,张敏敏,李科褡,靳进波,杜西兰,施鸥玲受保护的技术使用者：贵州省材料产业技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/2