CN116495727B - 一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法及应用 - Google Patents

一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN116495727B
CN116495727B CN202310566012.XA CN202310566012A CN116495727B CN 116495727 B CN116495727 B CN 116495727B CN 202310566012 A CN202310566012 A CN 202310566012A CN 116495727 B CN116495727 B CN 116495727B
Authority
CN
China
Prior art keywords
suspension
lithium
deionized water
battery
expanded graphite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310566012.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN116495727A (zh
Inventor
杨晓阳
王允硕
吕晓东
杜伟
任萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yantai University
Original Assignee
Yantai University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yantai University filed Critical Yantai University
Priority to CN202310566012.XA priority Critical patent/CN116495727B/zh
Publication of CN116495727A publication Critical patent/CN116495727A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116495727B publication Critical patent/CN116495727B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182Graphene
    • C01B32/184Preparation
    • C01B32/19Preparation by exfoliation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/54Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/52Reclaiming serviceable parts of waste cells or batteries, e.g. recycling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84Recycling of batteries or fuel cells

Abstract

本发明公开了一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法及应用,涉及石墨材料技术领域,S1、将废旧锂电池负极中的废石墨添加至去离子水中,搅拌得到第一悬浊液;S2、将S1中的第一悬浊液进行水热插层,得到第二悬浊液;S3、将S2中得到的第二悬浊液依次使用去离子水和乙醇进行多次洗涤,在真空干燥箱中干燥后得到干燥产物;S4、将S3中的干燥产物放于爆米花机中瞬时膨胀,得到膨胀石墨烯材料。本发明采用上述步骤,依次采用使用水热插层法、爆米花机开启时压力迅速消失而瞬时膨胀的方法得到膨胀石墨材料,得到的膨胀石墨材料具有花瓣状的疏松多孔结构,获得具有三维结构的膨胀石墨材料具有极大的比表面积。

Description

一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法及应用
技术领域
本发明涉及石墨材料技术领域,特别是涉及一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法及应用。
背景技术
锂氧气电池的正极反应物是取之不尽的氧气,其理论比能远远超过商业锂离子电池,甚至类似于汽油的理论比能,所以它在电动汽车领域(EV)具有极大的应用前景。锂氧气电池的电解质稳定性和基本正极反应得到了广泛的研究,但由于放电过程中固体正极产物Li2O2的阻碍,降低了反应动力学,缩短了循环寿命。
合理的孔隙结构设计和良好的正极催化能力是解决这一问题的关键,碳材料由于其高导电性、价格低廉、多孔结构已经广泛应用于锂氧气电池,然而目前碳材料的合成和制备总是受原材料的影响,不利于其大规模实际应用。
近年来,废弃锂离子电池受到广泛关注,LIBs中最常见的阳极材料是碳的类型(如石墨、软碳、硬碳、碳纳米管等)。其中,石墨具有特殊的层状结构,可以相对稳定地***和萃取Li+。与其它碳材料相比,它具有良好的稳定性、高电导率、较低的锂***电位和更高的理论容量。由于这些优势,石墨主导着LIB负极市场。
从阳极中回收石墨的主要方法是在高温冶金过程中与阴极一起焚烧,释放出大量的温室气体。但是,这种回收过程的能源效率和碳排放要求相违背,与实现碳中和的全球目标相矛盾。因此,设计一种协同处理废旧石墨的方法,将锂氧气电池/锂二氧化碳电池与石墨回收的概念相结合,建立一种完整的废石墨、回收和再利用***是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法及应用,膨胀石墨材料作为锂氧气电池的正极材料,可以为电化学反应提供更多的反应活性位点,提高材料利用效率,有利于放电产物的储存。
为实现上述目的,本发明提供了一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法,步骤如下:S1、将废旧锂电池负极中的废石墨加入到去离子水中,搅拌得到第一悬浊液;
S2、将S1中的第一悬浊液转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中,以去离子水作为插层剂进行水热插层,反应结束后自然冷却至室温,得到第二悬浊液;
S3、将S2中得到的第二悬浊液依次使用去离子水和乙醇进行多次洗涤,在真空干燥箱中干燥后得到干燥产物;
S4、将S3中的干燥产物放于爆米花机中,200-250℃,1.0-2.0MPa下瞬时膨胀,得到膨胀石墨烯材料。
优选的,S1中,废石墨与去离子水的质量比为1:(50-100)。
优选的,S2中,水热插层反应温度为150-220℃,反应时间为10-20h。
优选的,S3中,去离子水的洗涤次数为1-3次,乙醇的洗涤次数为1-3次。
优选的,S3中,真空干燥箱的干燥温度为60-80℃,干燥时间为8-12h。
上述方法制备得到的膨胀石墨烯材料的应用,膨胀石墨烯材料的应用是在制备锂氧气电池或锂二氧化碳电池中的应用。
因此,本发明采用上述步骤的一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法及应用,其有益效果为:
1、依次使用采取去离子水做插层剂的水热插层法、爆米花机开启时压力迅速消失的瞬时膨胀法将废石墨制备成膨胀石墨材料,爆米花机转动使用其内部受热均匀,瞬时膨胀使得膨胀石墨材料具有花瓣状的疏松多孔结构,获得具有三维结构的膨胀石墨材料具有极大的比表面积;
2、膨胀石墨材料作为锂氧气电池/锂二氧化碳电池的正极材料,可以为电化学反应提供更多的反应活性位点,提高材料利用效率,有利于放电产物的储存;
3、使用膨胀石墨材料制备出的锂氧气电池/锂二氧化碳电池正极具有较高的孔道利用率和连通性,较强的传质能力,具有满意的比容量和优良的循环性能。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明实施例1中膨胀石墨材料的扫描电镜图;
图2是本发明对比例1中对比样品的扫描电镜图;
图3是本发明实施例5中锂氧气电池的放电曲线测试图;
图4是本发明实施例5中锂氧气电池的充放电过电位测试图;
图5是本发明实施例6中锂二氧化碳电池的放电曲线测试图;
图6是本发明实施例6中锂二氧化碳电池的充放电过电位测试图。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明,公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进,本发明并不局限于下面的实施例。
实施例1
S1、将1g废旧锂电池负极中的废石墨加入到60mL去离子水中,搅拌30min得到第一悬浊液。
S2、将S1中的第一悬浊液转移至规格为100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中,180℃下进行水热插层,反应时间为12h,反应结束后自然冷却至室温,得到第二悬浊液。
S3、将S2中得到的第二悬浊液依次使用去离子水和乙醇进行3次洗涤,将废石墨中残留的LiNixCoyMn1-x-yO2和单质Cu、Al、Na等金属杂质洗去。在真空干燥箱中80℃下干燥12h,得到干燥产物。
S4、将S3中的干燥产物放于密封的爆米花机中,250℃,1.5MPa下瞬时膨胀,保存5min,除去密封后得到膨胀石墨烯材料,如图1。
实施例2
S1、将1g废石墨加入到60mL去离子水中,搅拌30min得到第一悬浊液。
S2、将S1中的第一悬浊液转移至规格为100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中,180℃下以去离子水作为插层剂进行水热插层,反应时间为12h,反应结束后自然冷却至室温,得到第二悬浊液。
S3、将S2中得到的第二悬浊液依次使用去离子水和乙醇进行3次洗涤,将废石墨中残留的LiNixCoyMn1-x-yO2和单质Cu、Al、Na等金属杂质洗去。在真空干燥箱中80℃下干燥12h,得到干燥产物。
S4、将S3中的干燥产物放于密封的爆米花机中,250℃,1.0MPa下瞬时膨胀,保存5min,除去密封后得到膨胀石墨烯材料。
实施例3
S1、将1g废旧锂电池负极中的废石墨加入到60mL去离子水中,搅拌30min得到第一悬浊液。
S2、将S1中的第一悬浊液转移至规格为100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中,150℃下以去离子水作为插层剂进行水热插层,反应时间为20h,反应结束后自然冷却至室温,得到第二悬浊液。
S3、将S2中得到的第二悬浊液依次使用去离子水和乙醇进行3次洗涤,将废石墨中残留的LiNixCoyMn1-x-yO2和单质Cu、Al、Na等金属杂质洗去。在真空干燥箱中60℃下干燥12h,得到干燥产物。
S4、将S3中的干燥产物放于密封的爆米花机中,200℃,2.0MPa下瞬时膨胀,保存5min,除去密封后得到膨胀石墨烯材料。
实施例4
S1、将1g废旧锂电池负极中的废石墨加入到60mL去离子水中,搅拌30min得到第一悬浊液。
S2、将S1中的第一悬浊液转移至规格为100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中,220℃下以去离子水作为插层剂进行水热插层,反应时间为10h,反应结束后自然冷却至室温,得到第二悬浊液。
S3、将S2中得到的第二悬浊液依次使用去离子水和乙醇进行3次洗涤,将废石墨中残留的LiNixCoyMn1-x-yO2和单质Cu、Al、Na等金属杂质洗去。在真空干燥箱中80℃下干燥8h,得到干燥产物。
S4、将S3中的干燥产物放于密封的爆米花机中,200℃,2.0MPa下瞬时膨胀,保存5min,除去密封后得到膨胀石墨烯材料。
实施例5
S1、将实施例1中得到的膨胀石墨烯材料、导电炭黑、聚偏二氟乙烯按照7:2:1的比例混合均匀,加入N-甲基吡咯烷酮搅拌为浆料。
S2、将S1所述的浆料用喷枪均匀喷涂在碳纸上,在真空干燥箱中80℃下干燥处理12h。
S3、将S2中干燥后的碳纸使用打孔机进行切片处理,冲裁出直径为10mm的电极片。
S4、选取S3中的电极片作为正极,10mm金属锂作为负极,1M三氟甲磺酸锂为电解质,四乙二醇二甲醚为溶剂,whatman玻璃纤维滤膜作为隔膜,选取2032型带孔电池壳。
S5、将S4中的材料按照电池负极壳、负极、隔膜、正极、泡沫镍、电池正极壳的顺序组装电池,并滴加适量电解液组装得到锂氧气电池,并对锂氧气电池进行电化学测试。
如图3所示,当电流密度为200mA/g时,锂氧气电池的初始比容量为11375mAh/g,当电流密度增加到为800mA/g时,锂氧气电池的初始比容量仍能达到6238mAh/g。
如图4所示,当电流密度为200mA/g,限容量500mAh时,其首圈过电位达到1.56V。
实施例6
S1、将实施例1中得到的膨胀石墨烯材料、导电炭黑、聚偏二氟乙烯按照7:2:1的比例混合均匀,加入N-甲基吡咯烷酮搅拌为浆料。
S2、将S1所述的浆料用喷枪均匀喷涂在碳纸上,在真空干燥箱中80℃下干燥处理12h。
S3、将S2中干燥后的碳纸使用打孔机进行切片处理,冲裁出直径为10mm的电极片。
S4、选取S3中的电极片作为正极,10mm金属锂作为负极,1M三氟甲磺酸锂为电解质,四乙二醇二甲醚为溶剂,whatman玻璃纤维滤膜作为隔膜,选取2032型带孔电池壳。
S5、将S4中的材料按照开孔的电池负极壳、负极、隔膜、正极、泡沫镍、电池正极壳的顺序组装电池,并滴加适量电解液组装得到锂二氧化碳电池,并对锂二氧化碳电池进行电化学测试,如图5和图6所示。
对比例1
S1、将1g废旧锂电池负极中的废石墨加入到60mL去离子水中,搅拌30min得到第一悬浊液。
S2、将S1中的第一悬浊液转移至规格为100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中,180℃下进行水热插层,反应时间为12h,反应结束后自然冷却至室温,得到第二悬浊液。
S3、将S2中得到的第二悬浊液依次使用去离子水和乙醇进行多次洗涤,在真空干燥箱中80℃下干燥12h,得到干燥产物。
S4、将S3中的干燥产物放于马弗炉中250℃中保存5min得到对比样品,如图2。
由图1和图2对比可知,实施例1中爆米花机开启后压力迅速降低,瞬时膨胀使得膨胀石墨材料具有花瓣状的疏松多孔结构,获得具有三维结构的膨胀石墨材料具有极大的比表面积。而对比例1中高温环境并不能使得石墨烯材料膨胀,其比表面积远低于实施例1中的膨胀石墨烯材料。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种膨胀石墨在制备锂氧气电池或锂二氧化碳电池中的应用,其特征在于:膨胀石墨材料应用于制备锂氧气电池或锂二氧化碳电池;
上述膨胀石墨的制备步骤如下:
S1、将废旧锂电池负极中的废石墨加入到去离子水中,搅拌得到第一悬浊液;
S1中,废石墨与去离子水的质量比为1:(50-100);
S2、将S1中的第一悬浊液转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中,以去离子水作为插层剂进行水热插层,反应结束后自然冷却至室温,得到第二悬浊液;
S2中,水热插层反应温度为150-220℃,反应时间为10-20h;
S3、将S2中得到的第二悬浊液依次使用去离子水、乙醇进行洗涤,在真空干燥箱中干燥后得到干燥产物;
S4、将S3中的干燥产物放于爆米花机中,200-250℃,1.0-2.0MPa下瞬时膨胀,得到膨胀石墨材料。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀石墨在制备锂氧气电池或锂二氧化碳电池中的应用,其特征在于:S3中,去离子水的洗涤次数为1-3次,乙醇的洗涤次数为1-3次。
3.根据权利要求1所述的一种膨胀石墨在制备锂氧气电池或锂二氧化碳电池中的应用,其特征在于:S3中,真空干燥箱的干燥温度为60-80℃,干燥时间为8-12h。
CN202310566012.XA 2023-05-19 2023-05-19 一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法及应用 Active CN116495727B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310566012.XA CN116495727B (zh) 2023-05-19 2023-05-19 一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310566012.XA CN116495727B (zh) 2023-05-19 2023-05-19 一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116495727A CN116495727A (zh) 2023-07-28
CN116495727B true CN116495727B (zh) 2024-01-23

Family

ID=87323017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310566012.XA Active CN116495727B (zh) 2023-05-19 2023-05-19 一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116495727B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103199321A (zh) * 2013-04-08 2013-07-10 中国科学院长春应用化学研究所 锂空气电池正极材料及其制备方法
CN103259062A (zh) * 2013-04-17 2013-08-21 清华大学深圳研究生院 一种废旧锂离子电池回收再生石墨烯的方法
CN103367765A (zh) * 2013-07-25 2013-10-23 哈尔滨工业大学 多层石墨的制备方法和应用该多层石墨制备锂空气电池阴极的方法
KR20140112826A (ko) * 2013-03-14 2014-09-24 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 물리적 방법으로 제조된 확대된 그래파이트 또는 그래핀 및 이들의 제조방법
CN105366668A (zh) * 2015-11-04 2016-03-02 福建翔丰华新能源材料有限公司 一种超临界流体制备石墨烯的方法
CN105905889A (zh) * 2016-06-06 2016-08-31 南通伟德动力电池研究所(普通合伙) 一种高压水热膨胀法制造石墨烯的方法
CN113942998A (zh) * 2021-09-03 2022-01-18 天津艾克凯胜石墨烯科技有限公司 一种多孔石墨烯粉体及其制备方法和应用
CN114956072A (zh) * 2022-06-08 2022-08-30 中国科学院过程工程研究所 一种天然石墨球形尾料水蒸气压力膨胀的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140112826A (ko) * 2013-03-14 2014-09-24 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 물리적 방법으로 제조된 확대된 그래파이트 또는 그래핀 및 이들의 제조방법
CN103199321A (zh) * 2013-04-08 2013-07-10 中国科学院长春应用化学研究所 锂空气电池正极材料及其制备方法
CN103259062A (zh) * 2013-04-17 2013-08-21 清华大学深圳研究生院 一种废旧锂离子电池回收再生石墨烯的方法
CN103367765A (zh) * 2013-07-25 2013-10-23 哈尔滨工业大学 多层石墨的制备方法和应用该多层石墨制备锂空气电池阴极的方法
CN105366668A (zh) * 2015-11-04 2016-03-02 福建翔丰华新能源材料有限公司 一种超临界流体制备石墨烯的方法
CN105905889A (zh) * 2016-06-06 2016-08-31 南通伟德动力电池研究所(普通合伙) 一种高压水热膨胀法制造石墨烯的方法
CN113942998A (zh) * 2021-09-03 2022-01-18 天津艾克凯胜石墨烯科技有限公司 一种多孔石墨烯粉体及其制备方法和应用
CN114956072A (zh) * 2022-06-08 2022-08-30 中国科学院过程工程研究所 一种天然石墨球形尾料水蒸气压力膨胀的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116495727A (zh) 2023-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108059144B (zh) 一种生物质废料甘蔗渣制备的硬碳及其制备方法和应用
CN112520705B (zh) 一种硒化铋/硒化钼异质结构电极材料的制备方法及其应用
CN112271349A (zh) 一种锂离子正极再利用的方法和再利用锂离子正极材料
CN109873134A (zh) 原位碳封装的铁基硫族化合物、电极材料、钠离子电池及其制备方法
CN112652757B (zh) 一种改性硅碳负极材料及其制备方法与应用
US20240063451A1 (en) Method for recycling and preparing positive electrode material from waste lithium iron phosphate batteries
CN109768218A (zh) 一种氮掺杂的硬碳锂离子电池负极材料及其制备方法及锂离子电池负极片和锂离子电池
CN112591725A (zh) 一种N,P掺杂多孔碳包覆CoP的负极活性材料及制备方法
CN113023686A (zh) 一种应用于钠离子电池的N掺杂多孔碳负载ZnSe电极材料
CN114314673B (zh) 一种片状FeOCl纳米材料的制备方法
CN111960422A (zh) 一种二维硅纳米材料的制备方法及其应用
CN111628154A (zh) 锂电池正极活性材料及其制备方法和锂电池
CN109755542B (zh) 一种钠硫电池正极材料及其制备方法
CN108539158B (zh) 一种rGO/WS2复合材料的制备方法及其在锂硫电池正极材料中的应用
CN113517427B (zh) 一种碳包覆锑/三硫化二锑复合材料的制备方法及应用
CN114203952A (zh) 一种钠离子电池负极及制备方法和应用
CN117228691A (zh) 一种石墨包覆普鲁士蓝及其类似物及制备方法、应用
CN116495727B (zh) 一种使用爆米花机的膨胀石墨烯材料制备方法及应用
CN112174119A (zh) 一种抗生素菌渣制备泡沫石墨烯的方法
CN108832088B (zh) 一种生物质碳/磷酸钒钠复合电极材料及其制备方法和应用
CN115148946A (zh) 锂硫电池正极极片的制备方法以及锂硫电池
CN114824542A (zh) 废旧锂离子电池中负极石墨的回收方法及应用
CN114082375A (zh) 一种空心结构材料及其制备方法和应用
CN115472832A (zh) 一种天然石墨球形尾料制备高容量锂电负极材料的方法
CN111293297A (zh) 一种碳包覆MoSe2/黑磷复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant