利用生物質(zhì)氣化爐濾渣制備鋰離子電池負(fù)極材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及裡離子電池材料生產(chǎn)技術(shù)，具體地指一種利用生物質(zhì)合成油廠氣化爐 濾渣制備裡離子電池負(fù)極材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 裡離子電池因其具有能量大、工作電壓高、自放電小、工作溫度范圍寬、無記憶效 應(yīng)、綠色環(huán)保及壽命長等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如；手機(jī)，電腦，數(shù)碼相機(jī)，電動(dòng)車，混 合動(dòng)力汽車，新能源汽車，船艦動(dòng)力及航空動(dòng)力等領(lǐng)域。
[0003] 裡離子電池負(fù)極材料對裡電池的安全性、循環(huán)壽命和能量密度有重要影響。目前， 裡離子電池負(fù)極材料主要包括碳材料、錫基材料、娃材料及鐵酸裡，由于錫基材料循環(huán)穩(wěn)定 性差，娃材料存在嚴(yán)重的體積效應(yīng)及鐵酸裡的低容量高成本，使得目前商業(yè)化的裡離子電 池負(fù)極材料主要W碳材料為主。碳負(fù)極材料包括天然石墨、人造石墨、中間相炭微球及硬碳 材料，其中硬碳材料W其無規(guī)則排序所具有的較高容量、好的倍率性能及優(yōu)良的循環(huán)性能 和安全性能而成為研究的熱點(diǎn)。
[0004] 常用的硬碳材料主要包括樹脂碳、有機(jī)聚合物熱解碳及水熱合成炭微球，其原料 來源主要是高分子化合物及化石燃料的漸青，硬碳材料用作裡離子電池負(fù)極材料存在W下 缺點(diǎn)；1)其高分子化合物原料成本高，且容易對環(huán)境造成污染；2)硬碳材料的首次庫倫效 率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是要提供一種利用生物質(zhì)合成油廠氣化爐濾渣制備裡離子電池 負(fù)極材料的方法，采用該方法可獲得經(jīng)濟(jì)、清潔的裡離子電池負(fù)極材料，且提升了裡離子電 池負(fù)極材料的首次庫倫效率。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是；一種利用生物質(zhì)氣化爐濾渣制備裡 離子電池負(fù)極材料的方法，包括W下步驟：
[0007] 1)將生物質(zhì)氣化爐濾渣與表面活性劑水溶液混合后進(jìn)行研磨，W分散所述生物質(zhì) 氣化爐濾渣，充分研磨后水洗去除表面活性劑，然后抽濾，濾渣備用；
[000引 2)向步驟1)所得濾渣中加入鹽酸后進(jìn)行攬拌，充分除雜，然后過濾，并將濾渣洗 至中性后備用；
[0009] 3)向步驟2)所得濾渣中加入聚己締亞胺和己醇后進(jìn)行振蕩，進(jìn)一步分散所述濾 渣，充分振蕩后洗去聚己締亞胺和己醇，然后過濾，濾渣備用；
[0010] 4)向步驟3)所得濾渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55~70%的硝酸，在35~45°C溫度下 充分?jǐn)埌柽M(jìn)行氧化和改性，然后洗去硝酸，過濾后干燥，即可得到裡離子電池負(fù)極材料。
[0011] 進(jìn)一步地，所述步驟1)中，表面活性劑為十二烷基苯橫酸鋼、十六烷基苯橫酸鋼、 十二烷基硫酸鋼、十二烷基二苯離二橫酸鋼、十二烷基脂肪酸鋼、F127、P123、山梨糖醇酢油 酸醋中的一種或幾種的組合。
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟1)中，按質(zhì)量比計(jì)算，濾渣：表面活性劑：水=100 : 0. 5~ 5 : 200~1000 ;研磨時(shí)間為15~120min。
[0013] 進(jìn)一步地，所述步驟2)中，鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20~25%，按質(zhì)量比計(jì)算，中間產(chǎn)物 1 :鹽酸=1 : 8~20。
[0014] 5、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用生物質(zhì)氣化爐濾渣制備裡離子電池負(fù)極材料的 方法，其特征在于：所述步驟3)中，按質(zhì)量比計(jì)算，濾渣；聚己締亞胺；己醇=10 ; 4~ 10 : 200~1000 ;振蕩時(shí)間為0. 5~化。
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟4)中，按質(zhì)量比計(jì)算，濾渣：硝酸=1 ; 5~15,攬拌時(shí)間為 0. 5 ~3h。
[0016] 進(jìn)一步地，所述步驟4)中，裡離子電池負(fù)極材料的粒徑為50~200nm，比表面積 為 15 ~25m2/g。
[0017] 進(jìn)一步地，所述步驟1)中，經(jīng)研磨后的濾渣顆粒粒徑為5~20ym。
[001引進(jìn)一步地，所述步驟1)中，生物質(zhì)氣化爐濾渣的化學(xué)成分及其質(zhì)量含量如下；C: 65 ~70%，Si02;13 ~18%，CaO;3 ~6%，Al203;4 ~7%，F(xiàn)e203;l~2%，化 20;1 ~2%， 馬0 ; 1~2 %，其余為極少量的MgO、化0等雜質(zhì)。
[0019] 更進(jìn)一步地，所述步驟2)中，在35~45°C溫度下對濾渣和鹽酸進(jìn)行攬拌，攬拌時(shí) 間為0. 5~化。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0021] 其一，本發(fā)明制得的裡離子電池負(fù)極材料灰分低，比表面積低，能夠減小充放電過 程中的邊界反應(yīng)，首次充電庫倫損失小；且其納米級的球徑能夠緊密堆積形成高密度電極， 并且球狀的排列利于裡離子的插入和脫嵌。
[0022] 其二，本發(fā)明制得的裡離子電池負(fù)極材料中除了含有硬碳材料，還含有少量的 Si化粉體，Si〇2粉體的存在減少了首次不可逆容量，但是Si〇2的存在使得比容量降低；另一 方面納米級碳的微觀結(jié)構(gòu)使得裡離子的嵌入深度小、過程短，它不僅可W嵌入到各粒子的 片層間，還能嵌入到晶粒的縫隙中，提高了電池的比電容，該剛好彌補(bǔ)了Si化存在引起的比 電容降低。對于硬碳材料，首次不可逆容量較大是阻礙硬碳在裡離子電池上大規(guī)模商業(yè)化 使用的主要原因，而本發(fā)明中Si化粉體的存在彌補(bǔ)了該一缺陷。
[0023] 其=，本發(fā)明制得的裡離子電池負(fù)極材料為硬碳材料，安全性能強(qiáng)，循環(huán)性能好 (循環(huán)80次后仍然能達(dá)到初始容量的72% )，比容量高（初始比容量為426mAh/g);由于 制備過程中對濾渣進(jìn)行了HN03預(yù)氧化和N滲雜修飾，未引入其他雜質(zhì)，使得首次庫倫效率 達(dá)80%W上，與其他硬碳材料相比大幅提高了首次庫倫效率，獲得了容量高、首次效率高、 循環(huán)性能好、倍率性能、安全無污染的裡離子電池負(fù)極材料。
[0024] 其四，本發(fā)明利用生物質(zhì)合成油廠氣化爐濾渣為原料制備裡離子電池硬碳負(fù)極材 料，因?yàn)V渣中含碳量高，微觀上呈球狀，制備過程不需要復(fù)雜的化學(xué)合成，只需除雜改性等 步驟，從而省去了傳統(tǒng)負(fù)極材料制備過程中繁瑣的中間合成步驟，節(jié)省了化工原料，在市場 上更具價(jià)格優(yōu)勢。
[0025]其五，本發(fā)明所用濾渣材料來源于化工過程中的廢棄物，成本低廉，并且回收利用 可減少對環(huán)境的污染；本發(fā)明不但提供了一種新型的清潔可再生低廉資源作為硬碳材料的 制備原料，也提供了一種有效的工藝方法來提高硬碳材料的首次庫倫效率；本發(fā)明在原料 來源、價(jià)格及產(chǎn)品性能方面均具有很大的市場優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0026] 圖1為一種生物質(zhì)氣化爐濾渣的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，便于更清楚地了解本發(fā) 明，但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。
[002引 W下實(shí)施例中的生物質(zhì)氣化爐濾渣為生物質(zhì)合成油廠的氣化濾渣，來源方式為： 粉碎后的生物質(zhì)材料與氣化爐中的反應(yīng)組分接觸后，被氣體產(chǎn)物帶出氣化爐，對氣體產(chǎn)物 進(jìn)行過水洗漆后，過濾洗漆液即得到本發(fā)明中的生物質(zhì)氣化爐濾渣；該生物質(zhì)氣化爐濾渣 的化學(xué)成分及其質(zhì)量含量如下；C;65~70%，Si02;13~18%，CaO;3~6%，A1203;4~ 7%，F(xiàn)e203;l~2%，化20 ;1~2%，K20 ;1~2%，其余為極少量的MgO'ZnO等雜質(zhì)；如圖1 所示，該生物質(zhì)氣化爐濾渣微觀上呈球狀。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 一種利用生物質(zhì)氣化爐濾渣制備裡離子電池負(fù)極材料的方法，包括W下步驟：
[0031] 將濾渣：十六烷基苯橫酸鋼：去離子水按100 : 1 : 500的質(zhì)量比混合，放入瑪 趟研鉢中研磨20min，加入去離子水?dāng)埌柘雌?次去除