一种废旧锂电池石墨负极制备Cu/多孔石墨烯高性能吸波材料的方法、该材料及其应用与流程

本发明属于废旧锂电池回收和高性能吸波材料的制备，具体涉及一种废旧锂电池石墨负极制备cu/多孔石墨烯高性能吸波材料的方法、该材料及其应用。

背景技术：

1、通常，在对退役锂离子电池进行梯次利用的过程中，电池容量衰减到其初始容量的40％以下的退役电池则必须进行报废，通过拆解回收有价值的材料。废旧锂离子电池倘若不能妥善处理，会对环境、人体、社会造成极大的影响，因此对废旧锂离子电池进行绿色可行的回收及利用。由于废弃的锂离子电池阴极材料中具有高价值的金属元素(如锂、镍、钴、铝和铜元素)，是当前回收研究中的主要焦点。然而，由于石墨阳极的附加值低于上述有价值的贵金属材料，且再生工艺困难，因此阳极材料的回收再利用至今引起关注较少。众多研究主要集中在高收益性的正极材料回收，而对负极材料的回收及资源化利用缺乏研究。随着近年来负极石墨价格的上涨，目前大概在42500-85000rmb这一区间，可到达锂离子电池生产成本的10％-15％，因此对锂电池负极进行全回收非常有必要。

2、与此同时，电动汽车的崛起伴随着电子元件、电子信息技术的蓬勃发展、混乱的电磁辐射和充满威胁的信息安全问题越来越成为一个不可避免的问题。为了解决这些问题，研究人员致力于开发各种电磁波吸收材料。碳材料因其密度低、稳定性高、比表面积大、基体负荷率低、导电性好等优点而备受关注，例如石墨烯、碳纳米管、生物质衍生碳等。然而单一碳材料因较差的阻抗匹配性，无法满足大多数应用要求，纯碳质材料往往被认为是屏蔽材料而不是吸收材料，较高导电性会对电磁波产生高反射。要解决这个问题，通常是添加第二相来调节材料的成分、界面和缺陷，优化吸波材料的电磁参数和吸波性能。

3、鉴于此，通过一种低成本的方式对废旧电池中的石墨进行高效回收并制备高性能吸波材料对同时解决废石墨的利用和电磁污染问题具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种废旧锂电池石墨负极制备cu/多孔石墨烯高性能吸波材料的方法、该材料及其应用，利用废旧铜箔和废旧石墨来制备复合吸波材料，实现废旧锂离子电池全负极的回收与高值化利用。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种废旧锂电池石墨负极制备cu/多孔石墨烯高性能吸波材料的方法，包括以下步骤：

4、步骤一、对废旧锂电池进行放电处理后拆分，将含铜箔及石墨的负载负极片在管式炉中，在400～700℃下保持1～2h后取出；

5、步骤二、将经步骤一处理的负载负极片浸泡在稀硝酸溶液中至铜箔完全溶解，反应完全后过滤，分离出的液体为硝酸铜溶液，滤渣为废旧石墨，洗涤滤渣备用；

6、步骤三、将步骤二中制备的硝酸铜溶液中加入过量氢氧化钠溶液，持续搅拌至其充分反应，然后过滤得到沉淀物，对沉淀物进行洗涤、干燥得到氢氧化铜；

7、步骤四、取步骤二分离的废旧石墨，加入浓硫酸、高锰酸钾、过氧化氢，对废旧石墨进行氧化操作，随后收集产物并冷冻干燥，得到氧化石墨烯；

8、步骤五、将步骤四制备的氧化石墨烯的在管式炉中以400～800℃的温度条件下，加热1～2h，冷却后收集产物得到多孔石墨烯；

9、步骤六、按质量比(1～3)：1取步骤五制备的多孔石墨烯和步骤三制备的氢氧化铜混合，在球磨机中以300～600转/分钟的转速球磨2～4h，随后在管式炉中在300～800℃的温度条件下，加热2h，收集所得产物，即为cu/多孔石墨烯复合材料。

10、本发明还具有以下技术特征：

11、优选的，步步骤一中所述的对废旧锂电池进行放电处理及拆分的方法包括，在浓度为10～20wt％的氯化钠溶液中浸泡放电300～500min，随后取出浸泡的废旧电池，自然晾干后拆解电池外壳，获得负载负极片。

12、优选的，步骤二中所述的稀硝酸溶液的摩尔浓度为0.1～0.3mol/l。

13、优选的，步骤三中所述的氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.3～0.6mol/l。

14、优选的，步骤四中所述的对废旧石墨进行氧化操作的具体步骤包括：

15、在冰浴条件下，将2～5g废旧石墨缓慢加入50～100ml浓硫酸中，缓慢加入5～10gkmno4，在冰浴条件下搅拌2h，随后转移至35℃油浴锅中，搅拌过夜，最后缓慢加入200～400ml超纯水，待烧杯冷却至室温，慢加20～50ml 30％h2o2溶液，搅拌2h，先后用去离子水、5％hcl水溶液对反应物各洗涤3～5次，收集样品并进行冷冻干燥。

16、优选的，步骤二和步骤三中所述的洗涤为使用去离子水洗涤3～5次。

17、优选的，步骤三中所述的干燥为在60℃烘箱中烘干24h。

18、本发明还保护一种采用如上所述的方法制备的cu/多孔石墨烯高性能吸波材料，该材料最小反射损耗值可达-54db，有效吸收带宽为5.28ghz。

19、本发明还保护一种如上所述的cu/多孔石墨烯高性能吸波材料在电磁波吸收中的应用。

20、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

21、本发明通过改进的化学氧化和热还原将废旧石墨制备成具有三维导电结构的多孔石墨烯；随后将废旧铜箔制备铜盐，通过简单的机械球磨成功制备了cu/多孔石墨烯复合材料，该材料具有优异的电磁波吸收性能：其最小反射损耗值可达-54db，有效吸收带宽为5.28ghz；其优异的性能归因于：cu/多孔石墨烯复合材料的层状多孔结构优化了阻抗匹配特性，与此同时，蓬松多孔的导电基体和纳米铜颗粒共同构建了三维电荷运输网络，有利于电子转移，增强了导电损耗；cu/多孔石墨烯中大量的金属颗粒，以及多孔石墨烯和铜颗粒上的缺陷可以促进材料的极化过程，在极化过程中可以提供大量偶极子极化，增强了材料的电磁波吸收能力；由于cu和多孔石墨烯具有不同的电导率，cu纳米颗粒还可以诱导局部电荷积累，最终促进界面极化；

22、本发明不仅实现了对废旧锂离子电池全负极的有效回收与高值化利用，将其制备高性能吸波材料，应用于电磁波吸收领域，探索了一个更有前途的方向，为吸波材料设计制造提供了新的策略，在当今电动汽车快速发展以及电子设备飞速迭代的时代，本研究具有重要的经济价值、社会价值。

技术特征：

1.一种废旧锂电池石墨负极制备cu/多孔石墨烯高性能吸波材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的废旧锂电池石墨负极制备cu/多孔石墨烯高性能吸波材料的方法，其特征在于，步骤一中所述的对废旧锂电池进行放电处理及拆分的方法包括，在浓度为10～20wt％的氯化钠溶液中浸泡放电300～500min，随后取出浸泡的废旧电池，自然晾干后拆解电池外壳，获得负载负极片。

3.如权利要求1所述的废旧锂电池石墨负极制备cu/多孔石墨烯高性能吸波材料的方法，其特征在于，步骤二中所述的稀硝酸溶液的摩尔浓度为0.1～0.3mol/l。

4.如权利要求1所述的废旧锂电池石墨负极制备cu/多孔石墨烯高性能吸波材料的方法，其特征在于，步骤三中所述的氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.3～0.6mol/l。

5.如权利要求1所述的废旧锂电池石墨负极制备cu/多孔石墨烯高性能吸波材料的方法，其特征在于，步骤四中所述的对废旧石墨进行氧化操作的具体步骤包括：

6.如权利要求1所述的废旧锂电池石墨负极制备cu/多孔石墨烯高性能吸波材料的方法，其特征在于，步骤二和步骤三中所述的洗涤为使用去离子水洗涤3～5次。

7.如权利要求1所述的废旧锂电池石墨负极制备cu/多孔石墨烯高性能吸波材料的方法，其特征在于，步骤三中所述的干燥为在60℃烘箱中烘干24h。

8.一种采用如权利1至7中任一项所述的方法制备的cu/多孔石墨烯高性能吸波材料。

9.如权利要求9所述的cu/多孔石墨烯高性能吸波材料，其特征在于，最小反射损耗值可达-54db，有效吸收带宽为5.28ghz。

10.一种如权利要求8所述的cu/多孔石墨烯高性能吸波材料在电磁波吸收中的应用。

技术总结本发明公开了一种废旧锂电池石墨负极制备Cu/多孔石墨烯高性能吸波材料的方法、该材料及其应用，通过改进的化学氧化和热还原将废旧石墨制备成具有三维导电结构的多孔石墨烯；随后将废旧铜箔制备铜盐，通过简单的机械球磨成功制备了Cu/多孔石墨烯复合材料，该材料具有优异的电磁波吸收性能：其最小反射损耗值可达‑54dB，有效吸收带宽为5.28GHz；本发明不仅实现了对废旧锂离子电池全负极的有效回收与高值化利用，将其制备高性能吸波材料，应用于电磁波吸收领域，探索了一个更有前途的方向，为吸波材料设计制造提供了新的策略，在当今电动汽车快速发展以及电子设备飞速迭代的时代，本研究具有重要的经济价值、社会价值。技术研发人员：杨国锐,李俐俐,王珅,刘秀生,游峰,延卫,丁书江受保护的技术使用者：沃太能源股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27