硬碳的回收方法、多孔碳材料、硅碳材料、包覆碳的硅碳材料及应用与流程

本发明属于电池领域，具体涉及一种硬碳的回收方法、多孔碳材料、硅碳材料、包覆碳的硅碳材料及应用。

背景技术：

1、随着新能源行业的技术革新，锂离子电池的发展下，随着碳排放和碳中和的行业要求的大力发展，目前电池产业链对打造产业链零碳新优势，共筑可持续发展新格局的目标；目前根据欧盟加速推进电池碳管理，包括2022年的欧盟碳边境调节税理事会通过；在原材料端形成资源利用循环化；

2、常规的锂离子电池目前发展已经相对完善，从原材料端到生产端进行量化，建立新能源全生命周期价值链，从动力电池的梯次利用到电池的报废，从动力电池的回收到原材料的再制造，建立了完整的电池系统，让能源电池实现绿色循环，做成持续可再生的绿色能源；

3、随着锂离子电池的发展，多元化电池的行业也通过补充和改善，钠离子电池的产业也初见规模，目前在小动力电池和储能产品均有应用，但目前对于钠离子电池材料的负极回收未见相关研究报道，钠电负极材料目前采用的是硬碳为主，材料属性具备了较多的微孔特性，目前回收的硬碳中存在少量的钠金属，与常规锂离子电池相比活性更高，所以需要锂离子电池采用不同的方法进行回收，常规锂离子电池以良好结晶性石墨为主，但钠离子电池的负极的硬碳材料以其高无序度，多孔形貌的结构存在，负极采用的集流体和粘结剂均与锂离子电不同，所以综合对比锂离子电池负极材料回收不适用于硬碳材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种硬碳的回收方法、多孔碳材料、硅碳材料、包覆碳的硅碳材料及应用。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种硬碳的回收方法，包括下述步骤：1)拆解电池，得到负极片；2)将负极片处理后得到待回收的负极材料，并分离出集流体；3)将负极材料进行破碎得到负极粉；4)负极粉加入钝化剂进行烧结得到多孔碳材料。

4、步骤1)的具体步骤为：将电池完全放电至空电状态后进行拆解；拆解后的电池分为正极片，负极片和隔膜。

5、步骤2)的具体步骤为：将得到的负极片在有机溶剂中进行浸泡，溶解，然后进行过滤和烘干，烘干后的负极片采用冷激法，去除集流体；分离得到纯铝、含有碱金属的滤液和负极材料；

6、优选的，所述的有机溶剂为碳酸二甲酯dmc、甲醇、丙酮、n-甲基吡咯烷酮nmp的一种或几种；

7、优选的，采用超声进行辅助溶解；

8、优选的，所述的冷激法为将烘干后的负极片放入温度小于10℃的冰水中；

9、优选的，对集流体、有机溶剂以及含有碱金属的滤液进行回收。

10、对步骤3)中负极粉的颗粒为6-15μm，优选为8-10μm；优选的，采用气流粉碎机进行破碎。

11、步骤4)中钝化剂为lioh，li2co3，mg(oh)2，mg2co3，naoh，na2co3，nh3h2o中的至少一种；钝化剂的添加量占负极粉质量的1％-5％。

12、步骤4)中烧结的具体步骤为：惰性气体条件，400℃-500℃保温1-3h；升温至600℃-800℃保温3-5h。

13、本发明还包括一种所述的回收方法得到的多孔碳材料，比表面积为300-1000m2/g，孔体积为0.1-1cc/g，孔径分布控制为2-60nm；

14、优选的，所述的多孔碳材料孔径99％为50nm以下介孔，30％以上为5nm以下的微孔。

15、本发明还包括一种硅碳材料采用下述步骤制备：所述的多孔碳材料通入硅烷加热得到；通入硅烷的流速为10-30m/s；温度控制在1000-1500℃，加热时间为8-12小时。

16、本发明还包括一种包覆碳的硅碳材料，采用下述步骤制备：所述的硅碳材料通入碳源气体加热得到；通入碳源气体流速控制为5-15m/s，温度控制为900-1200℃，加热时间为4-6小时；所述的碳源气体为乙炔或甲烷。

17、本发明还包括一种所述的硬碳材料、所述的多孔碳材料、所述的包覆碳的硅碳材料的应用，作为负极活性材料应用于电池的负极片；多孔碳材料制备的半电池的嵌锂克容量≥800mah/g；硅碳材料制备的半电池的嵌锂克容量

18、≥2300mah/g，首效≥84.5％；包覆碳的硅碳材料制备的半电池的嵌锂克容量

19、≥1900mah/g，首效≥93.0％。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、目前钠离子电池所需要的本发明采用简单工艺对钠电电池进行拆解，分类处理，得到不同的原材料；本发明针对负极片进行回收研究，分离出铝箔集流体和负极材料，采用简单工艺对负极材料进行改性回收，得到多孔碳材料，利用多孔碳材料为基体，硅烷沉积合成高附加值的硅碳材料，以及碳包覆的硅碳材料，可用于高能量密度的产品。

技术特征：

1.一种硬碳的回收方法，其特征在于，包括下述步骤：1)拆解电池，得到负极片；2)将负极片处理后得到待回收的负极材料，并分离出集流体；3)将负极材料进行破碎得到负极粉；4)负极粉加入钝化剂进行烧结得到多孔碳材料。

2.根据权利要求1所述的硬碳的回收方法，其特征在于，步骤1)的具体步骤为：将电池完全放电至空电状态后进行拆解；拆解后的电池分为正极片，负极片和隔膜。

3.根据权利要求1所述的硬碳的回收方法，其特征在于，步骤2)的具体步骤为：将得到的负极片在有机溶剂中进行浸泡，溶解，然后进行过滤和烘干，烘干后的负极片采用冷激法，去除集流体；分离得到纯铝、含有碱金属的滤液和负极材料；

4.根据权利要求1所述的硬碳的回收方法，其特征在于，对步骤3)中负极粉的颗粒为6-15μm，优选为8-10μm；优选的，采用气流粉碎机进行破碎。

5.根据权利要求1所述的硬碳的回收方法，其特征在于，步骤4)中钝化剂为lioh，li2co3，mg(oh)2，mg2co3，naoh，na2co3，nh3h2o中的至少一种；钝化剂的添加量占负极粉质量的1％-5％。

6.根据权利要求1所述的硬碳的回收方法，其特征在于，步骤4)中烧结的具体步骤为：惰性气体条件，400℃-500℃保温1-3h；升温至600℃-800℃保温3-5h。

7.一种权利要求1-6任一项所述的回收方法得到的多孔碳材料，其特征在于，比表面积为300-1000m2/g，孔体积为0.1-1cc/g，孔径分布控制为2-60nm；

8.一种硅碳材料，其特征在于，采用下述步骤制备：权利要求7所述的多孔碳通入硅烷加热得到；通入硅烷的流速为10-30m/s；温度控制在1000-1500℃，加热时间为8-12小时。

9.一种包覆碳的硅碳材料，其特征在于，用下述步骤制备：权利要求8所述的硅碳材料通入碳源气体加热得到；通入碳源气体流速控制为5-15m/s，温度控制为900-1200℃，加热时间为4-6小时；所述的碳源气体为乙炔或甲烷。

10.一种权利要求7所述的硬碳材料、权利要求8所述的硅碳材料、权利要求9所述的包覆碳的硅碳材料的应用，其特征在于，作为负极材料活性物质应用于电池负极片，多孔碳材料制备的半电池的嵌锂克容量≥800mah/g；硅碳材料制备的半电池的嵌锂克容量≥2300mah/g，首效≥84.5％；包覆碳的硅碳材料制备的半电池的嵌锂克容量≥1900mah/g，首效≥93.0％。

技术总结
本发明属于电池领域，具体涉及一种硬碳的回收方法、多孔碳材料、硅碳材料、包覆碳的硅碳材料及应用。包括下述步骤：1)拆解电池，得到负极片；2)将负极片处理后得到待回收的负极材料，并分离出集流体；3)将负极材料进行破碎得到负极粉；4)负极粉加入钝化剂进行烧结得到多孔碳材料。本发明针对负极片进行回收研究，分离出铝箔集流体和负极材料，采用简单工艺对负极材料进行改性回收，得到多孔碳材料，利用多孔碳材料为基体，硅烷沉积合成高附加值的硅碳材料，以及碳包覆的硅碳材料，可用于高能量密度的产品。

技术研发人员：王凯,屈广平,马洪运,陈超
受保护的技术使用者：力神（青岛）新能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21