[发明专利]一种掺有石墨尾矿的复合负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种掺有石墨尾矿的复合负极材料及其制备方法和应用，将石墨尾矿粉碎、与水合肼溶液混合，加热搅拌、过滤取沉淀物；向沉淀物中加入六次甲基四胺溶液加热搅拌；再加入柠檬酸加热搅拌，再经抽滤、洗涤、干燥、煅烧、冷却后得到混合物B；将混合物B与N‑异丙基丙烯酰胺、AG‑80环氧树脂、石墨混合搅拌、煅烧即得。本发明制得的复合负极材料具有良好的电化学性能，能提高锂离子电池的可逆比容量、充放电效率、循环性能稳定及倍率性能；还能对石墨尾矿再次利用，而且效果极为显著，制备工艺简单，操作方便，原料来源广泛，成本低，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体是一种掺有石墨尾矿的复合负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

与传统的铅酸、镍镉二次电池相比，锂离子电池具有工作电压高、比能量高、工作温度范围宽、放电平稳、循环寿命长、无记忆效应等优点，因此其作为一种新型储能电源广泛应用于通信设备、电动工具、航空航天等领域。目前，随着技术的不断进步，人们对锂离子电池提出了更高的要求，具有高能量密度、高倍率性能、长循环寿命、高安全系数等性能的锂离子电池逐渐成为人们的研究热点。

目前石墨是主要的商品化的锂离子电池炭负极材料。石墨372mAh g^-1的理论比容量大大限制其未来的广泛应用，虽然现有采用石墨烯等具有一定的进展，但是石墨烯成本太高。而石墨尾矿成本低，占用大量地表，使土地受到破坏，也极易发生滑坡、泥石流事故，但是石墨尾矿在电池中的效果太差，不能达到如同石墨那般的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺有石墨尾矿的复合负极材料及其制备方法和应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种掺有石墨尾矿的复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将水合肼与其质量7-8倍的去离子水混合，制得水合肼溶液；将六次甲基四胺与其质量2-3倍的去离子水混合，制得六次甲基四胺溶液；

2)将石墨尾矿粉碎、过100-150目筛，然后与其质量2.5-3倍的水合肼溶液混合，升温至58-60℃并在该温度下搅拌处理40-50min，过滤去除滤液，取沉淀物；然后向沉淀物中加入其质量1.2-1.4倍的六次甲基四胺溶液，升温至65-68℃并在该温度下搅拌处理 50-60min；然后再加入柠檬酸，加热至78-80℃，并在该温度下搅拌处理45-50min，再经抽滤、洗涤、干燥制得混合物A；其中柠檬酸与石墨尾矿的质量比为1-5:15-25；

3)将混合物A在保护气氛中、400-450℃的温度下煅烧3-4h，冷却后得到混合物B；

4)将混合物B与N-异丙基丙烯酰胺、AG-80环氧树脂、石墨混合搅拌4-5h，制得混合物C；混合物B与N-异丙基丙烯酰胺、AG-80环氧树脂、石墨的质量比为3-7:1:1-2:5-9；

5)将混合物C在保护气氛中、480-500℃的温度下煅烧3-5h即得。

作为本发明进一步的方案：保护气氛选自氦气、氮气、氩气中的一种。

作为本发明进一步的方案：步骤2)中，将石墨尾矿粉碎、过100-150目筛，然后与其质量2.8倍的水合肼溶液混合。

作为本发明进一步的方案：步骤2)中，向沉淀物中加入其质量1.3倍的六次甲基四胺溶液。

作为本发明进一步的方案：步骤2)中，柠檬酸与石墨尾矿的质量比为2-3:18-22。

作为本发明进一步的方案：步骤4)中，搅拌转速为600-700r/min。

作为本发明进一步的方案：步骤4)中，混合物B与N-异丙基丙烯酰胺、AG-80环氧树脂、石墨的质量比为4-6:1:1.5:6-8。