[發(fā)明專利]赤泥用作鋰離子電池負(fù)極活性材料的方法

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• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111342026A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊建文;李義兵;黃斌;肖順華;李延偉;陳權(quán)啟;仝蒙恩
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M10/0525
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種將赤泥用作鋰離子電池負(fù)極活性材料的方法。將赤泥用酸溶液處理，以脫出氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸鈣、氫氧化鋁等物質(zhì)，并洗滌至中性；接著，烘干，與碳材料復(fù)合制得赤泥/碳復(fù)合負(fù)極材料；然后，與鋰片組裝半電池測試其電化學(xué)性能。結(jié)果表明，赤泥可以用作鋰離子電池負(fù)極活性材料，其首次放電比容量可達(dá)485mAh/g以上，并且具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明為赤泥的高附加值資源化應(yīng)用提供了新途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體廢物資源化應(yīng)用領(lǐng)域，特別是將拜耳法氧化鋁工業(yè)固廢赤泥用作鋰離子電池負(fù)極活性材料的方法。

背景技術(shù)

赤泥又稱紅泥，是用鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁排放的強(qiáng)堿性微細(xì)顆粒泥狀廢料。赤泥呈灰色和暗紅色粉末物，顏色隨含鐵量的不同而發(fā)生變化，粒徑為5-75μm，比重為2700-2900kg/m³；赤泥具有較大內(nèi)表面積多孔結(jié)構(gòu)，比表面積64.09-186.9m²/g，孔隙比2.53-2.95。赤泥的主要化學(xué)成分為鐵、鋁、硅、鈣、鈉等的氧化物，并含有豐富的稀有(鈦、鋯、釩、鈮、鉭、錸、鎵)、稀土及放射性元素(鈾、釷)等；赤泥附液的pH值達(dá)13-14。一般平均每生產(chǎn)1噸氧化鋁，副產(chǎn)0.8-2.0噸赤泥。中國每年赤泥排放量超過8000萬噸，堆存量達(dá)8億噸，全球堆存量超過40億噸。赤泥難以沉降固化，且不能有效利用，只能依靠大面積堆場存放，因而存在占用大量土地、泄漏、垮壩、污染土壤和地下水、揚(yáng)塵和放射性等危害。因此，赤泥的消納和資源化利用已經(jīng)成為亟待解決的世界性難題。

基于赤泥的礦物組成和物理特征，國內(nèi)外已經(jīng)開展了大量研究工作。赤泥可用于制備建筑材料(水泥、燒結(jié)磚、路基、礦洞充填)、環(huán)境污染治理材料(氣、水、土壤凈化)、催化劑，以及提取鐵和其他有價(jià)金屬等。但由于工藝和經(jīng)濟(jì)效益方面的原因，多停留在試驗(yàn)階段，目前中國赤泥的綜合利用率還不到5％，西方國家的赤泥利用率也僅15.0％，探討赤泥的高附加值應(yīng)用仍然是非常迫切的任務(wù)。

拜耳法赤泥中鐵、鈦、硅等元素的氧化物含量較高，且具有多孔結(jié)構(gòu)，有望開發(fā)成為附加值較高的鋰離子電池負(fù)極材料。赤泥目前尚沒有用作電化學(xué)儲能材料的先例。本發(fā)明通過酸洗和碳復(fù)合，有效提高了赤泥的電化學(xué)儲鋰性能，為該類巨大堆存量固體廢物的高值化利用提供了新途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是將拜耳法赤泥用作鋰離子電池負(fù)極活性材料，并改進(jìn)其電化學(xué)性能。

具體步驟為：

(1)將取自拜耳法氧化鋁赤泥堆場的樣品分散于水中，在機(jī)械攪拌下用市售分析純36％-38％乙酸調(diào)節(jié)分散液pH至1.0-3.0，繼續(xù)攪拌0.5-2小時(shí)，過濾，用蒸餾水洗滌至濾液pH為7.0，將濾餅在干燥箱中于105℃下干燥12小時(shí)，用QM-WX4型行星球磨機(jī)在500轉(zhuǎn)/分鐘轉(zhuǎn)速下球磨0.5-4小時(shí)，得到赤泥負(fù)極材料。

(2)將步驟(1)所得赤泥負(fù)極材料與占其質(zhì)量比為5％-30％的葡萄糖在瑪瑙研缽中充分研磨混合，接著將混合物轉(zhuǎn)移至剛玉舟中，置于通氬氣的管式爐中內(nèi)于500-800℃下焙燒4-12小時(shí)，自然冷卻至室溫，得到赤泥/碳復(fù)合負(fù)極材料。

(3)將步驟(2)所得赤泥/碳復(fù)合負(fù)極材料與乙炔黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)粘結(jié)劑按8︰1︰1質(zhì)量比在瑪瑙研缽中充分研磨混合，滴加混合料質(zhì)量0.2-2倍的分析純N-甲基吡咯烷酮(NMP)繼續(xù)研磨成均勻漿料，涂布于銅箔上并在干燥箱中于100℃干燥8小時(shí)，沖片，稱重，得到赤泥/碳復(fù)合材料電極片。

(4)以步驟(3)所得赤泥/碳復(fù)合材料電極片為正極，與金屬鋰片、Celgard2400膜、l.0moL/L LiPF₆的EC+EMC+DMC(體積比為l︰l︰l)溶液在充滿氬氣的手套箱中組裝成CR2032型紐扣電池，測試其循環(huán)伏安和充放電性能。

附圖說明

圖1本發(fā)明實(shí)施例1赤泥乙酸處理樣品的XRD圖譜。