[发明专利]一种基于铝电解废阴极的锂动力电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种以铝电解废阴极为原料的锂动力电池负极材料及其制备方法，属于电池电化学领域。所述动力电池负极材料其制备所用原料包括铝电解废阴极；所述基于铝电解废阴极的锂动力电池负极材料组装成电池后，0.2C首次比容量为340～360mAh/g、0.2C首次充放效率为90～95％、0.2C/500圈循环后，比容量为336～350mAh/g。其制备方法为：以铝电解废阴极、锂盐、高导电碳前驱体、焦炭为原料；先将铝电解废阴极和焦炭混合均匀后，经高温氯气提纯，然后浸渍锂盐，接着包覆高导电碳前驱体并将高导电碳前驱体转化成高导电碳；得到产品。本发明实现了铝电解废阴极的高经济价值的回收和利用。

技术领域

本发明涉及一种以铝电解废阴极为原料的锂动力电池负极材料及其制备方法，属于电池电化学领域。

背景技术

在铝电解工业生产中，电解铝所用的电解槽寿命只有4-5年，因此，需要对电解槽进行大修，废阴极是停槽大修时，从钢槽壳中取出的固体废料，这也是电解过程最大的固体废物来源。随着我国铝电解工业的快速发展，每年都会有大量的铝电解废阴极产生，据统计，在电解铝生产中，一吨原铝大约产生废旧阴极为20-30kg，以每年我国原铝产量三千万吨计，每年就产生约60-90万吨的废旧阴极。废旧阴极主要组成为炭，约占50-70％，氧化物约占10％，主要为Al₂O₃，氟化物约占10-20％，主要为NaF，CaF₂和Na₃AlF₆，以及少量的氰化物，主要为亚铁氰化钠和氰化钠，如果不经过有效的处理，其可通过地下水、土壤或空气对人体和植物产生较大损害。

目前，对废阴极的利用还是以生产低值且不环保的产品为主，比如作为熔铁冲天炉的燃料与萤石代用，水泥制造的补充燃料，氧化铝烧结中代替脱硫煤等。我国对于铝电解废阴极的处理方式还是主要以焚烧与堆存两种，其不仅对环境造成了极大的危害，废阴极中的有价成分也没有得到有效回收，浪费了资源。

另一方面，随着新能源行业的发展，新能源设备的需求日益增多，对电源提出了很高的要求。锂动力电池随之进入了大规模的实用阶段。锂动力电池一般有着高于3.0V的标称电压，更适合作集成电路电源，因此广泛用于手机、游戏机、笔记本电脑、电动车、电动汽车等领域。锂动力电池负极材料作为电池容量、循环性能及其他电化学性能的重要影响因素，一直都是研究热点。结合负极材料的性能特点，在未来相当长的时间内，锂动力电池的负极材料仍然会以碳材料为主。碳负极材料的原料主要来自于天然石墨、石油焦、煤焦、沥青碳等，随着碳负极需求量的增加，这几类碳负极材料的价格也在慢慢上涨。而废阴极是铝电解工业产生的主要固体废弃物，其所含的大部分碳由于在电解质和高温作用下，其石墨化度逐步提高，可由最初的80％逐步提高到95％，因此利用废阴极碳高石墨化度的特点，制备锂动力电池负极材料，不但可实现铝电解废阴极的再生利用和解决由于铝电解废阴极的堆积与焚烧而带来的环境污染，也可避免一般碳负极材料由于高温石墨化所带来的大量能源消耗。因此，利用铝电解废阴极为原料制备低成本、高性能的锂动力电池负极材料具有广阔的发展前景，以铝电解废阴极为原料制备锂电池负极材料的相关技术还鲜有报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于铝电解废阴极的锂动力电池负极材料及其制备方法。

本发明一种基于铝电解废阴极的锂动力电池负极材料，其制备所用原料包括：铝电解废阴极。所述基于铝电解废阴极的锂动力电池负极材料组装成电池后，0.2C首次比容量为340～360mAh/g、0.2C首次充放效率为90～95％、0.2C/500圈循环后，比容量为336～350mAh/g。

作为优选方案，本发明一种基于铝电解废阴极的锂动力电池负极材料，其制备所用原料包括：铝电解废阴极、锂盐、高导电碳和/或高导电碳前驱体、焦炭。所述高导电碳前驱体优选为有机物。