本发明涉及一种环保的石墨负极的再生处理方法,属于化工领域。
背景技术:
目前商品化的锂离子电池的负极材料都是石墨。随着动力电池大量应用,未来一定会产生大量的报废的锂离子电池。而回收的电池中石墨负极材料回收利用是一个资源再利用的问题。
CN 104638316A一种锂离子电池石墨负极再生方法,步骤是将电池拆解成负极、正极、隔膜等,然后对负极进行N-甲级吡咯烷酮浸泡使负极涂层脱落,接着用离心分离、酸洗、干燥得到再生石墨。这个方法的确定是对于水性涂布的石墨负极N-甲级吡咯烷酮浸泡涂层不易脱落,效果差。并且,电解液大量吸附在负极涂层中,在用N-甲级吡咯烷酮浸泡时容易发生反应,产生LiF或HF或POF5等物质,这些物质没有除去,会恶化回收石墨的性能。
CN 101710632A一种废旧锂离子电池阳极材料石墨的回收及修复方法,基本采用了湿法工艺,过程中大量使用无机酸、双氧水、氯酸钠,这些都会在一定程度上破坏石墨结构,恶化石墨表面的状态。同时,由于使用大量有机无机溶剂,使用过程复杂条件污染大,不环保。
在负极片中,主要由石墨、铜箔、碳粉、粘接剂组成,此外,还吸附有少量的电解液和来自正极的锂。其中含有的P元素掺杂到石墨中形成P与石墨共同储锂的机制,而P的储锂量可以达到1000mAh/g以上,因此P掺杂可以使石墨的克容量明显提高。本发明利用负极中残留的P元素,并适当掺杂P2O5,一方面与Cu形成化合物解决石墨的自放电问题,另一方面又提高了石墨的克容量。
本发明提供了一种方法,把回收得到的石墨负极粉末重新再生处理,得到的石墨材料比容量提高,满足电池的使用要求。
技术实现要素:
一种环保的石墨负极的再生处理方法,其特征在于,处理步骤是:
1)把石墨负极材料粉末在密闭炉中流动空气条件下加热到250~280℃,保持1~2小时,然后冷却到室温取下,流出的空气通入碱液中吸收。
2)处理后的石墨负极材料粉末,测量Cu元素和P元素的含量,计算出Cu、P的摩尔比,以2∶1计算,如果高于这个值则补加入P2O5,然后在1000~1700℃保护气氛下,热处理3~5小时,冷却降温到80℃以下,取出,得到再生的负极材料。
所述的碱液是LiOH溶液,其中含有20%~50%的尿素,温度在30~50℃。当碱液出现结晶沉淀时,更换一批新的碱液。从换下的碱液中蒸发水份,得到结晶物LiF和Li3PO4混合物。
经再生处理的负极材料比容量高达到360mAh/g,自放电小,满足电池的使用要求。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明进一步说明,下述实施例是说明性的,不是限定性的,不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
实施例1
取石墨负极材料粉末100g置于管式炉中,在流动空气条件下加热到250℃,保持2小时,然后冷却到室温取出,流出的空气通入30℃含有20%的尿素的LiOH溶液中吸收。处理后的石墨负极材料粉末,测量Cu元素含量为0.1%和P元素的含量为0.2%,Cu、P的摩尔比为0.24∶1,然后在通高纯氮气下,1000℃热处理5小时,冷却降温到40℃取出,得到再生的负极材料。
测试再生的石墨负极材料,以金属锂为正极,该材料在0.1C放电倍率下,克容量为360mAh/g。以此材料与磷酸铁锂(天津优量锂能科技有限公司)正极配合制成18650型号电池,按照标准测试,常温一个月自放电率为2%/月,容量恢复率99%以上。
实施例2
取石墨负极材料粉末100g置于管式炉中,在流动空气条件下加热到280℃,保持1小时,然后冷却到室温取出,流出的空气通入50℃含有50%的尿素的LiOH溶液中吸收。处理后的石墨负极材料粉末,测量Cu元素含量为0.8%和P元素的含量为0.1%,Cu、P的摩尔比为3.87∶1,加入0.59g P2O5,然后在通高纯氮气下,1700℃热处理3小时,冷却降温到40℃取出,得到再生的负极材料。
测试再生的石墨负极材料,以金属锂为正极,该材料在0.1C放电倍率下,克容量为362mAh/g。以此材料与磷酸铁锂(天津优量锂能科技有限公司)正极配合制成18650型号电池,按照标准测试,常温一个月自放电率为2%/月,容量恢复率99%以上。