本發(fā)明屬于電極材料，特別是涉及一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、每年廢棄的輪胎和其他橡膠制品產(chǎn)生了大量難以降解的廢舊橡膠材料，這些問(wèn)題不僅造成了嚴(yán)重的生態(tài)和環(huán)境負(fù)擔(dān)，而且也對(duì)資源循環(huán)利用提出了挑戰(zhàn)。廢舊橡膠材料的再利用，特別是將其轉(zhuǎn)化為高性能鈉離子電池（sibs）負(fù)極材料，對(duì)于緩解環(huán)境壓力和推動(dòng)可持續(xù)能源發(fā)展具有重要意義。然而，廢舊橡膠材料的再利用面臨諸多技術(shù)難題，例如雜質(zhì)元素的干擾、材料本征微觀結(jié)構(gòu)不匹配等問(wèn)題。

2、在橡膠制造過(guò)程中，為了增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機(jī)械性能，會(huì)加入過(guò)量的硫磺。在廢舊橡膠轉(zhuǎn)化為碳材料的過(guò)程中，硫元素會(huì)被保留下來(lái)，尤其是會(huì)在碳材料表面形成硫基團(tuán)。這些硫基團(tuán)在首次充放電過(guò)程中會(huì)與電解液反應(yīng)，消耗大量電解液并形成固體電解質(zhì)界面（sei），從而顯著降低首次庫(kù)倫效率（ice），影響電池的整體性能。

3、此外，直接碳化的橡膠碳材料通常具有不規(guī)則的微晶結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)，這限制了其作為sibs負(fù)極材料的應(yīng)用，因?yàn)檫@類(lèi)結(jié)構(gòu)不利于堿金屬離子的有效存儲(chǔ)，進(jìn)而導(dǎo)致電池容量較低。因此，開(kāi)發(fā)一種有效的方法來(lái)改善廢舊橡膠轉(zhuǎn)化的碳材料的首次庫(kù)倫效率，并優(yōu)化其微晶結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)于提升sibs負(fù)極材料的性能至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料制備方法，通過(guò)優(yōu)化廢舊橡膠衍生碳材料的表面化學(xué)組成與微觀結(jié)構(gòu)，有效提升了橡膠碳電池負(fù)極材料的首次庫(kù)倫效率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明實(shí)施例得到第二目的在于提供一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料。

3、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料制備方法，包括以下步驟：

4、s1、使用無(wú)水乙醇將橡膠顆粒進(jìn)行清洗并烘干；

5、s2、將清洗后得到橡膠顆粒與醇類(lèi)進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢瑁?/p>

6、s3、在惰性氣體氣氛中對(duì)s2得到的混合物進(jìn)行熱解，隨后冷卻至室溫；

7、s4、研磨篩分s3得到的產(chǎn)物，然后使用水或酸溶液浸泡，攪拌，過(guò)濾除去上層液，隨后使用中性水清洗并烘干；

8、s5、對(duì)s4得到的產(chǎn)物在惰性氣體氣氛高溫?zé)峤?，并在進(jìn)氣口加入乙醇、乙二醇、丙二醇一種或多種的混合物，冷卻至室溫；

9、s6、將s5的產(chǎn)物冷卻至室溫后研磨篩分；得到離子電池負(fù)極材料。

10、進(jìn)一步的，s2中所述醇類(lèi)包括乙醇、乙二醇、丙三醇、丙二醇中的一種或多種組合物。

11、進(jìn)一步的，s2中所述橡膠顆粒與醇類(lèi)的質(zhì)量比為1:(0.1-2)。

12、進(jìn)一步的，s3中所述熱解的溫度為200-500℃；惰性氣氛的流速為0-200?ml/min，熱解時(shí)間為2-3h。

13、進(jìn)一步的，所述s4中研磨篩分s3得到的產(chǎn)物至50-100目；s6中研磨篩分s5得到的產(chǎn)物至200-300目。

14、進(jìn)一步的，s4中所述酸溶液包括1-2mol/l的鹽酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液中的一種或多種混合物；使用水或酸溶液浸泡時(shí)間為2-3h。

15、進(jìn)一步的，s5中高溫?zé)峤獾臏囟葹?00-1600℃；惰性氣氛的流速為50-200?ml/min。

16、如上所述制備方法制備的電池負(fù)極材料。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少包括以下幾點(diǎn)：

18、1.本發(fā)明通過(guò)氣相-固相交聯(lián)修飾法，有效降低了廢舊橡膠碳材料表面的硫基團(tuán)含量，從而顯著減少了首次充放電過(guò)程中副反應(yīng)的發(fā)生，提高了首次充放電效率。

19、2.本發(fā)明還能夠改善廢舊橡膠碳材料的微晶結(jié)構(gòu)有序度和孔隙結(jié)構(gòu)，使得材料更加適合于堿金屬離子的存儲(chǔ)，從而提升了儲(chǔ)能性能。

20、3.本發(fā)明提供了一種廢舊橡膠材料的高附加值再利用途徑，不僅提高了廢舊橡膠的利用率，還有助于減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，促進(jìn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

21、4.本發(fā)明通過(guò)提高廢舊橡膠碳材料的首次庫(kù)倫效率和整體性能，本發(fā)明為鈉離子電池負(fù)極材料的研發(fā)提供了新的思路和技術(shù)支持，有助于推動(dòng)鈉離子電池技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展。

22、綜上，本發(fā)明不僅提高了廢舊橡膠碳材料的首次庫(kù)倫效率，還優(yōu)化了其微晶與孔隙結(jié)構(gòu)，從而顯著提升了廢舊橡膠在sibs負(fù)極材料中的應(yīng)用價(jià)值。這種創(chuàng)新的處理方法為廢舊橡膠的環(huán)保再利用開(kāi)辟了新途徑，對(duì)于促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料制備方法，其特征在于，s2中所述醇類(lèi)包括乙醇、乙二醇、丙三醇、丙二醇中的一種或多種組合物。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料制備方法，其特征在于，s2中所述橡膠顆粒與醇類(lèi)的質(zhì)量比為1:(0.1-2)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料制備方法，其特征在于，s3中所述熱解的溫度為200-500℃；惰性氣氛的流速為0-200?ml/min，熱解時(shí)間為2-3h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料制備方法，其特征在于，所述s4中研磨篩分s3得到的產(chǎn)物至50-100目；s6中研磨篩分s5得到的產(chǎn)物至200-300目。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料制備方法，其特征在于，s4中所述酸溶液包括1-2mol/l的鹽酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液中的一種或多種混合物；使用水或酸溶液浸泡時(shí)間為2-3h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料制備方法，其特征在于，s5中高溫?zé)峤獾臏囟葹?00-1600℃；惰性氣氛的流速為50-200?ml/min。

8.如權(quán)利要求1~7任一所述的一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料制備方法制備的電池負(fù)極材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種碳膠粉改性離子電池負(fù)極材料及其制備方法，使用廢舊橡膠為原料，在碳化過(guò)程中對(duì)廢舊橡膠進(jìn)行原位的硫摻雜，然后進(jìn)一步在熱處理過(guò)程中使用氣相?固相交聯(lián)修飾法進(jìn)行膠粉碳材料的改性，來(lái)提高廢舊膠粉碳材料的首次庫(kù)倫效率，同時(shí)優(yōu)化微晶和孔隙結(jié)構(gòu)適應(yīng)堿金屬離子的儲(chǔ)存。本發(fā)明減少了廢舊膠粉碳材料的表面硫基團(tuán)，同時(shí)改善了碳材料表面的碳氧基團(tuán)組成，從而減少首次充放電過(guò)程中副反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)，還可以提高其材料表面的碳微晶有序度和孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步的提升其首次庫(kù)倫效率和儲(chǔ)能性能。本發(fā)明為廢舊橡膠材料的高附加值再利用提供了新的選擇，同時(shí)對(duì)于鈉離子電池的負(fù)極材料的發(fā)展以及鈉離子電池的實(shí)際應(yīng)用具有重要的促進(jìn)作用。

技術(shù)研發(fā)人員：賈傳坤,李丹青,徐宇光,高陽(yáng),羅立恒,曹紅東,丁美
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江八詠新型材料科技有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19