一种利用光伏废石墨快速制备高性能负极材料的方法及应用

本发明涉及二次资源回收，具体涉及一种利用光伏废石墨快速制备高性能负极材料的方法及应用。

背景技术：

1、近年来，光伏行业成为全球能源转型的重要领域之一。硅料作为光伏产业链的核心原材料，其品质受限于热场系统。常见的热场原料主要是特种石墨。作为一种高纯石墨，其具有密度高、强度大、各向同性等优点。但由于热场系统自身工作特性，其在熔制晶硅过程中会发生析晶、变形和破裂，而不能循环利用。随着光伏行业的发展，光伏石墨的消耗量和废弃量迅速增长。基于光伏废石墨具有杂质含量低、结晶性好等优点；且前期的制备过程较为复杂，生产成本相对较高，使得光伏废石墨的回收再利用具有一定经济价值。

2、目前，光伏废石墨的回收主要集中在堆弃、焚烧处理，不可避免的会造成环境污染和资源浪费。而传统的石墨回收主要集中在湿法回收法和火法回收，但在实际应用中，存在许多缺点。cn112645320a公开了一种回收石墨坩埚制备低成本负极材料的方法，该方法首先进行酸洗除杂，再通过造粒、混料、除磁实现再生，该方法实验流程长，需要使用大量酸碱试剂，形成二次污染；cn112768690a公开了一种废旧石墨坩埚回收再生锂离子电池负极材料的制备方法，该方法需进行多次高温热处理，步骤繁琐、能耗大，不利于固体废弃物绿色回收。

3、综上所述，急需一种流程简单、能耗低、绿色环保的方法来实现光伏废石墨的直接再生。热冲击作为一种高效的加热方式，可以在1秒内升温到3000℃以上，远远超过常用的马弗炉，已经成为制备石墨烯、高熵合金、固废回收的重要手段。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用光伏废石墨快速制备高性能负极材料的方法，所述制备方法预先通过破碎、球磨和筛分减小废石墨的粒度尺寸，利用酸洗去除废石墨中的有害杂质，随后将纯化后的废石墨置于电致热冲击装置，通过控制压缩成型的压力和尺寸、电致高温脉冲过程的合成气氛、温度、时间、合成气氛及电压，在两段式脉冲调控下实现废石墨快速再生。将其应用于锂离子电池负极时，展现出较高的比容量和优异的长循环稳定性；所述制备方法具有流程短、效率高、能耗低的优点，能对现有废旧资源进行二次增值再利用。

2、一种利用光伏废石墨快速制备高性能负极材料的方法，包括以下步骤：

3、s1：制备粒度为5～75μm的光伏废石墨；

4、s2：利用酸洗去除光伏废石墨所含杂质；

5、s3：将纯化后的废石墨置于电致热冲击装置，通过控制压缩成型的压力和尺寸、电热高温脉冲过程的合成气氛、电压、温度及时间，进行快速热处理，实现光伏废石墨的高效再生。

6、进一步的，所述光伏废石墨包括石墨坩埚、石墨电极、加热器、保温筒、导流筒、电极螺母、板材中的一种或多种；

7、进一步的，所述步骤s1光伏废石墨预先进行破碎、球磨、筛分处理，使其达到目标粒度5～75μm；球磨转速为300～2000r/min；时间为5～18h。

8、进一步的，所述步骤s2酸洗是在hcl、h2so4、hf、hno3中的一种或多种中进行；酸洗浓度为0.5～5mol/l；时间为0.5～4h。

9、进一步的，所述步骤s3控制压缩成型的压力和尺寸将系统电阻阻值调控至0.5～5ω；合成气氛为真空、氩气、氮气、氦气中的一种。

10、进一步的，所述步骤s3电致高温脉冲过程采用两段式电压控制模式；第一段脉冲电压为20～100v，第二段脉冲电压为100～200v；第一段高温脉冲后峰值温度约为500-1000℃，第二段高温脉冲后峰值温度为1000～3500℃；第一段脉冲时间为0.1-0.5s，第二段脉冲时间为0.2-1.0s，脉冲时间总计为0.3-1.5s。

11、进一步的，所述步骤s3电致高温脉冲过程进行一次到多次处理。

12、另一方面，本发明提出上述方法在光伏废石墨秒级回收再生中的应用。

13、本发明的有益效果：

14、1、本发明所述制备方法采用两段式脉冲加热。首段低压脉冲实现挥发分的去除，第二段高压脉冲实现废石墨的快速高温再生，分段式脉冲加热可以减小再生过程中质量损失，避免对设备的损坏。

15、2、本发明所述制备方法实现了光伏废石墨的秒级直接再生，具有流程短、效率高、无污染等优点，有效的实现了固体废弃物的绿色高值回收，避免了传统再生过程中的二次污染、高能耗和高成本等问题；

16、3、本发明所述制备方法实现了短时间内晶体结构有序化的转变，再生石墨具有粒度均匀、石墨化度高等优点；将其应用于锂离子电池负极材料时，展现出了优于商业石墨的电化学性能，在0.5c的电流密度下，循环100次后仍有413mah/g的比容量

17、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种利用光伏废石墨快速制备高性能负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的利用光伏废石墨快速制备高性能负极材料的方法，其特征在于：所述光伏废石墨包括石墨坩埚、石墨电极、加热器、保温筒、导流筒、电极螺母、板材中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的利用光伏废石墨快速制备高性能负极材料的方法，其特征在于：所述步骤s1光伏废石墨预先进行破碎、球磨、筛分处理，使其达到目标粒度5～75μm；球磨转速为300～2000r/min；时间为5～18h。

4.如权利要求1所述的利用光伏废石墨快速制备高性能负极材料的方法，其特征在于：所述步骤s2酸洗是在hcl、h2so4、hf、hno3中的一种或多种中进行；酸洗浓度为0.5～5mol/l；时间为0.5～4h。

5.如权利要求1所述的利用光伏废石墨快速制备高性能负极材料的方法，其特征在于：所述步骤s3控制压缩成型的压力和尺寸将系统电阻阻值调控至0.5～5ω；合成气氛为真空、氩气、氮气、氦气中的一种。

6.如权利要求1所述的利用光伏废石墨快速制备高性能负极材料的方法，其特征在于：所述步骤s3电热高温脉冲过程采用两段式电压控制模式；第一段脉冲电压为20～100v，第二段脉冲电压为100～200v；第一段高温脉冲后峰值温度约为500-1000℃，第二段高温脉冲后峰值温度为1000～3500℃；第一段脉冲时间为0.1-0.5s，第二段脉冲时间为0.2-1.0s，脉冲时间总计为0.3-1.5s。

7.如权利要求1所述的利用光伏废石墨快速制备高性能负极材料的方法，其特征在于：所述步骤s3电热高温脉冲过程进行一次到多次处理。

8.如权利要求1-7任一项所述方法在光伏废石墨秒级回收再生中的应用。

技术总结本发明涉及二次资源回收技术领域，具体涉及一种利用光伏废石墨快速制备高性能负极材料的方法及应用，本发明制备方法的废石墨来源于光伏行业晶硅拉制过程中的废弃热场石墨，通过破碎、球磨和筛分控制废石墨的粒度尺寸，利用酸洗去除废石墨中的有害杂质，随后将纯化后的废石墨置于电致热冲击装置，通过控制压缩成型的压力和尺寸、电热高温脉冲过程的合成气氛、电压、温度及时间，在两段式脉冲加热下实现废石墨快速制备高性能石墨负极材料。本发明可制得粒度均匀、石墨化度高的石墨负极材料，将其作为锂离子电池负极，展现出高的比容量及优异的长循环稳定性。技术研发人员：李绍元,熊建娇,陆继军,马文会,童仲秋,席风硕,陈正杰受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12