[發明專利]一種利用小麥秸稈制備鈉離子電池電極材料的方法

在審

• 申請號: 201710544760.2
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107204430A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 王迎;王福順
• 申請（專利權）人: 新沂市中諾新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/505
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種利用小麥秸稈制備鈉離子電池電極材料的方法。

背景技術

傳統化石能源一方面隨著其開采量的不斷增加而造成總儲量的不斷下降，另一方面在使用過程中造成的壞境污染問題也日益嚴重，因此必須開發新型清潔能源來滿足人類發展的需求。自1990年鋰離子電池得以推廣起，該儲能裝置便因其具有高容量密度、功率密度、可循環使用及對環境友好等諸多優點得到了大范圍應用。目前鋰資源分布的不均勻及高價位成為限制鋰離子電池進一步發展的瓶頸，而和鋰處于同一主族的鈉被認為是最好的替代資源。鈉和鋰的化學性質相似，并且鈉的儲量豐富，由此可知開發和設計高性能鈉離子電池成為未來研究的重中之重。

在眾多電極材料中碳材料由于自身具有較高的導電性，形貌及結構可調節，且穩定性極強等優勢成為熱門的電極材料之一。以生物廢棄物為原料制備碳材料且將其應用在二次電池體系上的研究，近年來剛剛興起且大多數工作集中在鋰離子電池上。由生物廢棄物制備的碳材料多為硬碳，傳統方法制備的碳材料組裝成鈉離子電池后通常倍率性能和循環性能不盡理想。提高碳材料儲鈉性能的最有效方法為增加材料的缺陷和制備多孔材料兩種：材料表面的缺陷可幫助儲存鈉離子并且增加表面的贗電容行為來提高整體的容量，而多孔結構則可促進活性材料和電解液的充分接觸保證材料具有較好的倍率性能。

小麥是一種重要的糧食作物，在全世界范圍內都大量種植。但是種植小麥所產生的小麥秸稈的處理問題一直困擾著人們。目前人們處理小麥秸稈的一般方法為焚燒和掩埋兩種方式，這些方式不僅造成資源的浪費同時還在一定程度上對環境造成破壞。尋找合適的方法將小麥秸稈轉變為可提供能量的鈉離子電池電極材料為我們同時解決能源危機和環境污染提供了很好的方向。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供利用一種利用小麥秸稈制備鈉離子電池電極材料的方法，實現將廢棄小麥秸稈轉變為高性能鈉離子電池電極材料，需要的主要步驟如下：

步驟一：將收集的廢棄小麥秸稈分別用水和乙醇進行清洗，反復進行4次，每次清洗時間為30min，隨后在80℃下鼓風干燥12h，獲得干凈干燥的小麥秸稈，攪碎放入殼聚糖-Zn-硅微粉改性溶液中浸泡48小時，然后80℃下鼓風干燥12h，得到改性小麥秸稈，

步驟二：將改性小麥秸稈在一氧化碳與氮氣混合氣體中煅燒1小時，溫度900℃，自然冷卻后收集產物。

步驟三：所得材料經高能球磨細化后，過200目篩子，待用。

步驟四：將步驟三產物轉移到高能球磨機中，高能球磨細化，產物過100-200目篩子，得到的固體粉末為待用的鈉離子電池電極材料。

2根據權利要求1所述的一種利用小麥秸稈制備鈉離子電池電極材料的方法，其特征在于，步驟一清洗之前應將產物進行細化處理，清洗時蒸餾水/乙醇溶液和小麥秸稈的質量比為50:1，時間為10-30min，清洗過程反復3-5次。

3根據權利要求1所述的一種利用小麥秸稈制備鈉離子電池電極材料的方法，其特征在于，殼聚糖-Zn-硅微粉材料制備方法如下：將硅微粉分散于水中，室溫下攪拌5h，靜置8h后取上清液；

步驟2、將殼聚糖溶于3份(v/w)醋酸溶液中60℃水浴加熱處理1h;

步驟3、將上述處理好的殼聚糖醋酸溶液以每分鐘30滴的速度逐滴加入到硅微粉上清液中，繼續60℃水浴下攪拌反應5h;

步驟4、然后離心并用純水洗，最后在真空箱下震蕩重新分散在200ml超純水中，得殼聚糖-硅微粉；

步驟5、將鋅粉進行熱堿處理：將錳粉首先在熱空氣下處理1h出掃雜質，然后在轉移到10份的NaOH溶液里浸泡1h;

步驟6、然后將熱堿處理過的鋅粉加入到溶液里室溫下攪拌1h;

步驟7、將上述溶液轉移到聚四氟乙烯反應釜里，然后滴加鈦酸酯偶聯劑，在氮氣氛圍，260℃，0.5kpa下反應2h;

步驟8、將處理好的鋅溶液加入到上述溶液，得到殼聚糖-Zn-硅微粉改性溶液，

4根據權利要求1所述的一種利用小麥秸稈制備鈉離子電池電極材料的方法，其特征在于，步驟五中利用高能球磨將材料進行細化，球磨時控制磨球和產物的質量比為50:1，轉速為350轉每分鐘，球磨時間為1h，經高能球磨后產物顆粒更均勻，隨后的過篩處理使最后產物更利于組裝電池。

5根據權利要求1所述的一種利用小麥秸稈制備鈉離子電池電極材料的方法，其特征在于，所述的步驟二中，氮氣與二氧化碳體積比為2-5:1。