[发明专利]一种含活性炭水系化学电源电极的回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含活性炭水系化学电源电极的回收方法，属于化学电源技术领域。

背景技术

活性炭具有原料来源丰富、电化学稳定性高、技术成熟等特点，在水系锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等化学电源产品中已得到广泛应用。采用活性炭电极制作的水系离子电池及电容器具有使用寿命长、无环境污染、安全性高等优点，在长寿命储能领域具有重要应用前景。但目前由于制造工艺原因成本较高，应用于该领域的高比表面积活性炭价格较高，也限制了活性炭在化学电源中的应用。

废旧电池处理时人们往往只注重回收其中的镍、钴、铁等金属材料，很少研究活性炭电极的回收及再利用。应用在电化学电源中的活性炭电极具有超长的使用寿命，循环寿命达10万次以上，而将其做成电池后，由于电解液干涸、正负极寿命不匹配、集流体腐蚀等原因化学电源失效后，活性炭电极实际使用寿命远未达到理论值，造成较严重的浪费。采用合适的方法回收化学电源中的活性炭，提高资源利用效率，降低活性炭电极的使用成本已经很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高回收效率，较低回收成本的活性炭电极综合回收方法，其主要采取以下工艺得以实现。

本发明提供了一种含活性炭水系化学电源电极的回收方法，其包括以下步骤：

首先将化学电源经物理破碎拆解得到的含活性炭电极放入容器中，倒入含碱金属离子的水溶液中，轻微搅拌使部分活性炭电极与集流体分离并漂浮于液面，下层沉淀为密度较大的金属集流体及部分粘接在上面的活性炭电极。用网格尺寸略小于电极尺寸的大孔筛网分离出液面上形状完好的活性炭电极，再用细筛网分离出液面漂浮的活性炭电极碎块及碎末。

然后将形状完好的活性炭电极首先采用纯水淋洗，再放入密闭容器中用纯水浸泡，并抽真空-0.01～-0.1MPa，浸泡时间0.1～48h。取出活性炭电极放入50～100℃纯水中再次浸泡，浸泡时间0.1～24h，取出活性炭电极放入真空干燥箱中分多阶段烘干，自然冷却至室温后外形完好的活性炭电极可直接使用。

将上述分离得到的活性炭电极碎块及粉末放在细筛网上用纯水淋洗，再放入密闭容器中用纯水浸泡，并抽真空-0.01～-0.1MPa，浸泡时间0.1～48h。随后再放入50～100℃纯水中再次浸泡，浸泡时间0.1～24h。用细筛网将活性炭电极碎块与碎末过滤，并放入真空干燥箱中分多阶段烘干，烘干后转入球磨机中进行粉碎，控制粒径在1～100μm。

将上述得到的沉淀用细筛网过滤分离，并用纯水淋洗，再放入粉碎机切碎成长0.5～20mm颗粒(长径)。将颗粒放入容器中，倒入含碱金属离子的水溶液中，快速机械搅拌使活性炭电极与集流体分离，静置后活性炭电极颗粒漂浮于液面，下层沉淀为密度较大的集流体金属颗粒，过滤后可该集流体金属颗粒被直接回收利用。用细筛网分离出液面漂浮的活性炭电极颗粒，并用纯水淋洗，再放入密闭容器中用纯水浸泡，并抽真空-0.01～-0.1MPa，浸泡时间0.1～48h。随后再放入50～100℃纯水中再次浸泡，浸泡时间0.1～24h。用细筛网将活性炭电极颗粒过滤，并放入真空干燥箱中分多阶段烘干，最后将其放入球磨机中粉碎，控制粒径在1～100μm。

前述所采用的细筛网为合成纤维筛网或不锈钢筛网，目数为60～2000目。大孔筛网可以为合成纤维筛网或不锈钢筛网，尺寸为50mm～70mm×50mm～70mm。

含碱金属离子的水溶液中碱金属离子为Li⁺、Na⁺、Ka⁺的一种或多种，其阴离子为NO₃^-、OH^-、Cl^-、SO₄^2-、CH₃COO^--、SiO₃^2-、CO₃^2-的一种或多种。碱金属离子的选择可与化学电源电解质一致，如水系钠离子电池可采用Na₂SO₄、Na₂CO₃、NaOH等，也可添加少量LiOH、Li₂SO₄、LiNO₃等。通过碱金属离子水溶液的加入使密度较小的多孔活性炭电极上浮于液面而得以分离，金属集流体因密度大沉淀在溶液底部；同时溶液中的碱金属离子也可将长期使用后活性炭表面吸附的杂质离子进行置换，提高活性炭充放电性能。