[发明专利]利用生物质气化炉滤渣制备锂离子电池负极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料生产技术，具体地指一种利用生物质合成油厂气化炉滤渣制备锂离子电池负极材料的方法。

背景技术

锂离子电池因其具有能量大、工作电压高、自放电小、工作温度范围宽、无记忆效应、绿色环保及寿命长等优点而广泛应用于各个领域，如：手机，电脑，数码相机，电动车，混合动力汽车，新能源汽车，船舰动力及航空动力等领域。

锂离子电池负极材料对锂电池的安全性、循环寿命和能量密度有重要影响。目前，锂离子电池负极材料主要包括碳材料、锡基材料、硅材料及钛酸锂，由于锡基材料循环稳定性差，硅材料存在严重的体积效应及钛酸锂的低容量高成本，使得目前商业化的锂离子电池负极材料主要以碳材料为主。碳负极材料包括天然石墨、人造石墨、中间相炭微球及硬碳材料，其中硬碳材料以其无规则排序所具有的较高容量、好的倍率性能及优良的循环性能和安全性能而成为研究的热点。

常用的硬碳材料主要包括树脂碳、有机聚合物热解碳及水热合成炭微球，其原料来源主要是高分子化合物及化石燃料的沥青，硬碳材料用作锂离子电池负极材料存在以下缺点：1)其高分子化合物原料成本高，且容易对环境造成污染；2)硬碳材料的首次库伦效率较低。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种利用生物质合成油厂气化炉滤渣制备锂离子电池负极材料的方法，采用该方法可获得经济、清洁的锂离子电池负极材料，且提升了锂离子电池负极材料的首次库伦效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用生物质气 化炉滤渣制备锂离子电池负极材料的方法，包括以下步骤：

1)将生物质气化炉滤渣与表面活性剂水溶液混合后进行研磨，以分散所述生物质气化炉滤渣，充分研磨后水洗去除表面活性剂，然后抽滤，滤渣备用；

2)向步骤1)所得滤渣中加入盐酸后进行搅拌，充分除杂，然后过滤，并将滤渣洗至中性后备用；

3)向步骤2)所得滤渣中加入聚乙烯亚胺和乙醇后进行振荡，进一步分散所述滤渣，充分振荡后洗去聚乙烯亚胺和乙醇，然后过滤，滤渣备用；

4)向步骤3)所得滤渣中加入质量分数为55～70％的硝酸，在35～45℃温度下充分搅拌进行氧化和改性，然后洗去硝酸，过滤后干燥，即可得到锂离子电池负极材料。

进一步地，所述步骤1)中，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠、十二烷基脂肪酸钠、F127、P123、山梨糖醇酐油酸酯中的一种或几种的组合。

进一步地，所述步骤1)中，按质量比计算，滤渣∶表面活性剂∶水＝100∶0.5～5∶200～1000；研磨时间为15～120min。

进一步地，所述步骤2)中，盐酸的质量分数为20～25％，按质量比计算，中间产物1∶盐酸＝1∶8～20。

5、根据权利要求1或2所述利用生物质气化炉滤渣制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：所述步骤3)中，按质量比计算，滤渣∶聚乙烯亚胺∶乙醇＝10∶4～10∶200～1000；振荡时间为0.5～3h。

进一步地，所述步骤4)中，按质量比计算，滤渣∶硝酸＝1∶5～15，搅拌时间为0.5～3h。

进一步地，所述步骤4)中，锂离子电池负极材料的粒径为50～ 200nm，比表面积为15～25m²/g。

进一步地，所述步骤1)中，经研磨后的滤渣颗粒粒径为5～20μm。

进一步地，所述步骤1)中，生物质气化炉滤渣的化学成分及其质量含量如下：C：65～70％，SiO₂：13～18％，CaO：3～6％，Al₂O₃：4～7％，Fe₂O₃：1～2％，Na₂O：1～2％，K₂O：1～2％，其余为极少量的MgO、ZnO等杂质。

更进一步地，所述步骤2)中，在35～45℃温度下对滤渣和盐酸进行搅拌，搅拌时间为0.5～2h。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

其一，本发明制得的锂离子电池负极材料灰分低，比表面积低，能够减小充放电过程中的边界反应，首次充电库伦损失小；且其纳米级的球径能够紧密堆积形成高密度电极，并且球状的排列利于锂离子的插入和脱嵌。