用于锂离子电池的再循环石墨的制作方法

背景技术：

1、对于在要求电动机快速加速的高放电应用，如电动车辆(ev)和电动工具中的二次(可充电)电池，锂离子(li-ion)电池是优选的化学成分。锂离子电池包括施加到或沉积在典型地平面铜片或铝片的集流体上的充电材料(charge material)、导电粉末和粘合剂。充电材料包括阳极材料、典型地是石墨或碳，以及阴极材料，阴极材料包括预定比率的金属，例如锂、镍、锰、钴、铝、铁和磷，限定锂离子电池单元的所谓“电池化学成分”。优选的电池化学成分因供应商和应用而变，并且锂离子电池的再循环工作典型地遵守再循环的充电材料产品中所规定的电池化学成分的摩尔比。构成产品的纯度与再循环的电池单元的品质和性能高度相关，通常依赖于所谓的“电池级”材料，意味着纯度为99.5％。

技术实现思路

1、用作锂离子电池中的阳极材料的再循环石墨的纯化方法包括一系列焙烧，随后用去离子(di)水洗涤，并可选地随后进行酸洗。石墨源来自合适的工艺，例如从电池再循环流中对黑色物质进行酸浸。石墨源中通常存在痕量杂质，最显著的是氧化铝。焙烧过程重复多次，与洗涤结合以将石墨纯化，并且被认为将水不溶性金属杂质转化为水溶性金属盐，如金属氢氧化物。通过在稀氢氧化钠溶液中浸出并将纯化石墨洗涤以进一步去除水溶性杂质来去除石墨中的金属盐。

2、本文的配置部分地基于这样的观察，即电动和混合动力车辆(ev/hv)的普及的增加产生了大量的废锂离子电池，包括充电材料如nmc(ni、mn、co)阴极材料和阳极材料(包括石墨和类似的碳形式)。nmc充电材料的再循环工艺对废nmc充电材料进行浸出，通常使用ni、mn、co盐的控制(原始)原料进行增强，以根据技术或客户规范实现充电材料金属的预定比率。来自废锂离子电池的石墨也可以被回收。不幸的是，nmc再循环的常规途径存在以下缺点：回收的石墨颗粒含有杂质，最显著的是氧化铝，在切碎和浸出过程后作为残余物残留。当大量杂质残留在再循环石墨产品中时，满足客户对性能和物理阳极材料特性的规范可能是有问题的。因此，通过生产具有改进的纯度(纯度等于或高于99.5％并且接近99.9％)的包括石墨的阳极材料，本文的配置基本上克服了常规电池再循环的缺点。

3、进一步详细地，在生产用于电池阳极材料的纯化石墨的电池再循环环境中，再循环包括浸出耗尽的锂离子电池的黑色物质以获得浸出溶液和沉淀物。浸出溶液含有大部分阴极材料，留下剩余部分作为未溶解的沉淀物，其包括大部分用于阳极材料的石墨和/或其他碳形式。两阶段焙烧过程包括通过用氢氧化物浓度≤40重量％的氢氧化物碱的第一水溶液制备沉淀物的浆料，并在<250℃的温度下对沉淀物的浆料进行焙烧来对沉淀物进行第一烧结以形成烧结沉淀物。接下来，烧结沉淀物的进一步烧结包括用氢氧化物浓度≤40重量％的氢氧化物碱的第二水溶液制备烧结沉淀物的浆料，并再次在<250℃的温度下对烧结沉淀物的浆料进行焙烧以形成烧结石墨。烧结石墨的洗涤产生用于再循环电池中的阳极充电材料(阳极材料)的纯化石墨。

技术特征：

1.一种由再循环电池流生产纯化石墨的方法，该方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中，该沉淀物的浆料以约1:1至1:4的该沉淀物与该第一水溶液的比率来制备。

3.如权利要求1所述的方法，其中，该烧结沉淀物的浆料以约1:1至1:4的该烧结沉淀物与该第二水溶液的比率来制备。

4.如权利要求1所述的方法，其中，该第一水溶液的浓度与该第二水溶液的浓度相同。

5.如权利要求1所述的方法，其中，该第一水溶液的浓度、该第二水溶液的密度、或二者为10重量％至35重量％。

6.如权利要求1所述的方法，其中，该第一水溶液的浓度、该第二水溶液的密度、或二者为20重量％至30重量％。

7.如权利要求1所述的方法，其中，该氢氧化物碱是naoh或koh。

8.如权利要求1所述的方法，其中，将该沉淀物的浆料、该烧结沉淀物的浆料、或二者在100℃至225℃的温度下焙烧。

9.如权利要求1所述的方法，其中，将该沉淀物的浆料、该烧结沉淀物的浆料、或二者焙烧1至20小时的时间。

10.如权利要求9所述的方法，其中，该时间是1至15小时。

11.如权利要求1所述的方法，其中，该沉淀物进一步包含陶瓷杂质。

12.如权利要求11所述的方法，其中，该陶瓷杂质是氧化铝。

13.如权利要求1所述的方法，其中，用水性洗涤溶液将该烧结石墨洗涤至6至10的ph。

14.如权利要求13所述的方法，其中，该水性洗涤溶液是水。

15.如权利要求13所述的方法，其中，该水性洗涤溶液是碱浓度≤0.1m的碱性水溶液。

16.如权利要求13所述的方法，其中，用水性洗涤溶液洗涤该烧结石墨后，进一步用酸性洗涤溶液洗涤，随后用水洗涤。

17.如权利要求16所述的方法，其中，该酸性洗涤溶液包括hcl或硫酸。

18.如权利要求1所述的方法，其中，该沉淀物包含纯度为82％至97％的石墨。

19.如权利要求1所述的方法，其中，该纯化石墨具有大于99.5％的纯度。

20.一种由再循环电池流生产纯化石墨的方法，该方法包括：

技术总结描述了一种由再循环电池流生产纯化石墨以用作锂离子电池中的阳极材料的方法。该方法包括浸出步骤以通过过滤获得包含石墨的沉淀物，然后将沉淀物作为与氢氧化物碱的水溶液的浆料重复焙烧，并随后洗涤以形成纯化石墨。技术研发人员：唐一伦,埃里克·格拉茨,拉康·阿舒尔,卡尔蒂克·文卡塔拉曼受保护的技术使用者：升腾元素公司技术研发日：技术公布日：2024/8/28