本發明涉及電池工業中固態廢棄物處理，特別涉及一種失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯及應用方法。

背景技術：

1、鋰離子電池在生產制備的過程中，其中最常用的負極材料為石墨。隨著鋰離子電池充放電次數的逐漸增多，容量逐漸降低直至完全失效。一般來講，鋰離子電池的壽命為3～8年，經過數以千計次循環后進行報廢處理。根據最新數據統計，預計到2025年底，失效鋰離子電池的當年報廢量為64.0萬噸，越來越多的退役鋰電池造成了嚴重的環境污染和資源浪費等問題。

2、過往的研究表明：一方面，失效鋰離子電池負極石墨可以再生為吸附劑、催化劑、超級電容器和二次電極材料等產品。再生得到的產品具有對金屬離子的選擇性差、吸附性能低、工藝流程長、利用率低以及二次污染大等問題，可以實現石墨材料的閉路循環。因此，基于以上再生方法弊端，為此，提出一種失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯及應用方法。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明實施例希望提供一種失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯及應用方法，以解決或緩解現有技術中存在的技術問題，至少提供一種有益的選擇。

2、本發明實施例的技術方案是這樣實現的：一種失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯，包括以下步驟：

3、s1、失效鋰離子電池負極石墨經過高溫熱處理隨后冷卻到室溫得到負極石墨焙燒料；

4、s2、將s1得到的焙燒渣，采用酸性溶液和氧化劑聯合浸出，浸出過程要進行超聲處理，后過濾分離得到浸出液和浸出渣；

5、s3、將s2得到的浸出渣，先進行水洗后烘干得到再生石墨；

6、s4、將s3得到的再生石墨，采用改進hummers法通過添加插層劑、氧化劑和過氧化氫制備氧化石墨烯，整個流程需要攪拌處理，得到浸出渣進行水洗烘干后得到氧化石墨烯材料；

7、s5、將s4得到的氧化石墨烯加入到分散液中進行超聲分散，隨后添加到水泥、砂子、石子、水和外加劑形成氧化石墨烯—混凝土材料。

8、在一些實施例中，在s2中經過水洗處理后石墨的金屬離子含量為0.1～2.0wt.％，灰分重量的百分比為1.0～5.0wt.％。

9、在一些實施例中，在s1中高溫熱處理的加熱速率為2～10℃/min，加熱溫度為400～600℃，加熱時間為0.5～4h。

10、在一些實施例中，在s2中的酸性溶液為鹽酸，鹽酸濃度為1.0～6.0mo?l/l，液固比為3:1～10:1ml/g，溫度為50～80℃，酸浸時間為0.5～6.0h。

11、在一些實施例中，在s2中的氧化劑為過氧化氫溶液，過氧化氫溶液質量分數為0.5～5.0wt.％，超聲波的工作方式為連續或間接，工作時間為0.5～6h。

12、在一些實施例中，在s4中的插層劑為濃硫酸和濃磷酸，濃硫酸和濃磷酸的體積和與石墨的液固比為5:1～20:1ml/g，濃硫酸與濃磷酸的物質的量比為5:1～0.5:1，低溫的攪拌時間為1～4h，溫度為0～5℃，攪拌速度為100～300rpm，中溫段攪拌時間為1～4h，溫度為25～50℃，攪拌速度為100～300rpm，高溫段攪拌時間為0.5～2h，溫度為60～90℃，攪拌速度為100～300rpm。

13、在一些實施例中，在s4中的氧化劑為高錳酸鉀，高錳酸鉀與石墨的質量比為2～5:1，過氧化氫溶液的質量分數為0.5～5.0wt.％，低溫的攪拌時間為1～4h，溫度為0～5℃，攪拌速度為100～300rpm，中溫段攪拌時間為1～4h，溫度為25～50℃，攪拌速度為100～300rpm，高溫段攪拌時間為0.5～2h，溫度為60～90℃，攪拌速度為100～300rpm。

14、在一些實施例中，在所述s5的氧化石墨烯和分散液的液固比為1:10～1:50ml/g，超聲波的工作方式為連續或間接，超聲時間為0.2～0.5h，超聲波頻率為20～60khz。

15、在一些實施例中，在所述s5中氧化石墨烯占水泥中的比重為0.02wt.％～0.07wt.％，水泥、砂子、石子、水和外加劑的質量比為154～362：626～771：1065～1066：160～182：7.4～14.7，氧化石墨烯—混凝土材料的抗壓強度提升了7％～10％。

16、一種失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯在混凝土材料中的應用。

17、本發明實施例由于采用以上技術方案，其具有以下優點：

18、本發明通過高溫煅燒、鹽酸聯合過氧化氫浸出、改進hummers法制備氧化石墨烯及其在混凝土材料中的應用，將石墨的離子濃度降低到ppm級別，金屬fe含量可以降低至50ppm以下，灰分的重量百分比小于0.1％，經過改進hummers法制備少層數氧化石墨烯材料，并應用到混凝土等建筑行業中，提升它的抗壓性能，最終實現了二次資源的回收及利用。

19、上述概述僅僅是為了說明書的目的，并不意圖以任何方式進行限制。除上述描述的示意性的方面、實施方式和特征之外，通過參考附圖和以下的詳細描述，本發明進一步的方面、實施方式和特征將會是容易明白的。

技術特征：

1.一種失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯，其特征在于：在s1中高溫熱處理的加熱速率為2～10℃/min，加熱溫度為400～600℃，加熱時間為0.5～4h。

3.根據權利要求1所述的失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯，其特征在于：在s2中的酸性溶液為鹽酸，鹽酸濃度為1.0～6.0mol/l，液固比為3:1～10:1ml/g，溫度為50～80℃，酸浸時間為0.5～6.0h。

4.根據權利要求1所述的失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯，其特征在于：在s2中的氧化劑為過氧化氫溶液，過氧化氫溶液質量分數為0.5～5.0wt.％，超聲波的工作方式為連續或間接，工作時間為0.5～6h。

5.根據權利要求1所述的失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯，其特征在于：在s4中的插層劑為濃硫酸和濃磷酸，濃硫酸和濃磷酸的體積和與石墨的液固比為5:1～20:1ml/g，濃硫酸與濃磷酸的物質的量比為5:1～0.5:1，低溫的攪拌時間為1～4h，溫度為0～5℃，攪拌速度為100～300rpm，中溫段攪拌時間為1～4h，溫度為25～50℃，攪拌速度為100～300rpm，高溫段攪拌時間為0.5～2h，溫度為60～90℃，攪拌速度為100～300rpm。

6.根據權利要求1所述的失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯，其特征在于：在s4中的氧化劑為高錳酸鉀，高錳酸鉀與石墨的質量比為2～5:1，過氧化氫溶液的質量分數為0.5～5.0wt.％，低溫的攪拌時間為1～4h，溫度為0～5℃，攪拌速度為100～300rpm，中溫段攪拌時間為1～4h，溫度為25～50℃，攪拌速度為100～300rpm，高溫段攪拌時間為0.5～2h，溫度為60～90℃，攪拌速度為100～300rpm。

7.根據權利要求1所述的失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯，其特征在于：在所述s5的氧化石墨烯和分散液的液固比為1:10～1:50ml/g，超聲波的工作方式為連續或間接，超聲時間為0.2～0.5h，超聲波頻率為20～60khz。

8.根據權利要求1所述的一種失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯，其特征在于：在所述s5中氧化石墨烯占水泥中的比重為0.02wt.％～0.07wt.％，水泥、砂子、石子、水和外加劑的質量比為154～362：626～771：1065～1066：160～182：7.4～14.7。

9.一種根據權利要求1-權利要求8所述的失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯在混凝土材料中的應用。

技術總結
本發明提供了一種失效鋰離子電池石墨制備氧化石墨烯，包括以下步驟：S1、失效鋰離子電池負極石墨經過高溫熱處理隨后冷卻到室溫得到負極石墨焙燒料；S2、將S1得到的焙燒渣，采用酸性溶液和氧化劑聯合浸出，浸出過程要進行超聲處理，后過濾分離得到浸出液和浸出渣；S3、將S2得到的浸出渣，先進行水洗后烘干得到再生石墨；本發明通過高溫煅燒、鹽酸聯合過氧化氫浸出、改進Hummers法制備氧化石墨烯及其在混凝土材料中的應用，將石墨的離子濃度降低到ppm級別，金屬Fe含量可以降低至50ppm以下，灰分的重量百分比小于0.1％，經過改進Hummers法制備少層數氧化石墨烯材料，并應用到混凝土等建筑行業中，提升它的抗壓性能，最終實現了二次資源的回收及利用。

技術研發人員：高洋,常明,于宏偉,次立杰,李中秋,路宇豪,杜光明,馬磊,李穎新
受保護的技術使用者：石家莊學院
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24