[发明专利]一种利用废塑料低温制备锂离子电池负极用碳空心球超细粉的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用废塑料低温制备锂离子电池负极用碳空心球超细粉的方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、对环境污染小、快速充电等优点，但是随着科技的进步，人们对于锂离子的容量和功率有了更高的要求，传统的碳材料已经逐渐满足不了人们的需求。因此，探索新型、安全、高效的碳基纳米电极材料是锂离子电池发展的必然要求。碳空心球与碳纳米管都是碳的同素异型体存在形式，碳空心球在金钢石膜的制备、催化材料、特殊的橡胶制品添加剂、尤其是作为锂离子电池阳极增强材料等方面具有潜在的用途，参见Angew Chem Int Ed,2003,42,4203。

CN1821068A公开了一种以二茂铁和氯化铵为原料的碳空心球制备方法，按质量百分比：由二茂铁为50％～80％，氯化铵为20％～50％混合球磨、放入气压炉中500-1600℃进行反应、获得的产物依次用稀盐酸和去离子水清洗、过滤、干燥，即得到碳空心球。所得碳空心球可广泛用于催化剂载体、药物运输、储氢和锂离子电池负极材料等领域，它还具有工艺简单、成本低、重复性好和产量高的特点。本申请引用该专利文件全文作为背景技术。

废塑料污染环境已经成为一个不可忽视的问题。废塑料中主要成分为低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）的塑料产品占大部分。利用这些废塑料作为原料来合成碳空心球超细粉，有利于节能降耗和降低原料成本，且迄今为止尚未见这方面的报道。

发明内容

本发明提供一种利用废塑料低温制备锂离子电池负极用碳空心球超细粉的方法，该方法经济、环保且易于工业化生产，并将该碳超细粉应用于锂离子电池负极的方法。

术语说明:

碳空心球超细粉,是指碳空心球粒度小于300纳米的粉体。

废塑料：主要成分为低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）的塑料品废弃物，本说明书中分别简称为LDPE、HDPE、PET、PP和PS，含义相同。

TEM照片：透射电子显微镜照片。

本发明的技术方案如下：

一种利用废塑料低温制备碳空心球超细粉的方法，步骤如下:

（1）以废塑料金属钠、金属镁粉和硫粉为反应原料，废塑料（按单质碳计）与钠、镁和硫按摩尔比1:（0.5-8）:（0.2-3.2）:（0.1-3）混合，密封在不锈钢高压釜中，于300～480℃、0.5～6MPa条件下反应5～10小时；

（2）步骤（1）所得产物经醇洗、水洗、盐酸洗，并常规离心分离、50℃下真空干燥5～6小时，即得碳空心球超细粉。

根据本发明优选的，上述步骤（1）中所述金属镁粉为200目的金属镁粉。所述硫粉为升华硫。

根据本发明优选的，上述步骤（1）中所述原料摩尔比为：废塑料（按单质碳计）：钠：镁：硫=1:（1-5）:（0.5-2）:（0.4-1.5）。进一步优选的，所述原料摩尔比为：废塑料（按单质碳计）：钠：镁：硫=1:（1.2-2）:（0.8-1.2）:（0.6-0.9）。

根据本发明优选的，上述步骤（1）中的反应条件为，于380～400℃、0.5～4MPa条件下反应6～8小时。

最优选的，上述步骤（1）所述原料摩尔比为：废塑料（按单质碳计）：钠：镁：硫为1:2:0.8:0.6，在高压釜中于400℃、0.5～3MPa条件下反应6小时。

根据本发明，上述步骤（2）所述醇洗优选使用95～100wt%的乙醇。

根据本发明，上述步骤（2）所述盐酸洗优选使用1mol/L盐酸。

步骤（1）所述废塑料是主要成分为低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）的塑料制品。

本发明所述废塑料原料来源广泛，其中：低密度聚乙烯（LDPE）优选塑料购物袋、塑料垃圾袋、塑料玩具及常见塑料管线等；高密度聚乙烯（HDPE）优选家用塑料器皿、工业用塑料包装、煤气管线及农用塑料薄膜等；聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）优选合成纤维、饮料瓶、液体包装袋及工程用树脂等。

本发明制备的碳空心球超细粉，碳空心球直径为50~300纳米、空心球壁厚10~30纳米。产物X光衍射谱参见图1,所得超细粉形貌参见图2、图5、图6。