[發明專利]一種粉煤灰的處理方法及其在鋰離子電池中的應用

在審

• 申請號: 202011292997.4
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112374487A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 秦家千;曹金;張東東
• 申請（專利權）人: 宿遷德特材料科技有限公司
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;B09B3/00;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
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本發明公開的一種粉煤灰的處理方法及其在鋰離子電池中的應用，包括粉煤灰的處理方法，以及作為鋰離子電池陽極的應用。本發明設計一種工業垃圾粉煤灰的回收利用方法，主要涉及粉煤灰與纖維素進行熱處理，得到較高純度的硅氧化物/碳的復合物，硅氧化物作為鋰離子電池的陽極材料被廣泛應用因為其高容量，但是面臨在循環過程中結構易坍塌的問題，而熱處理后碳的生成能夠有效增加材料應力，抑制硅氧化物的結構變化，而且能夠明顯提高其導電性，最終實現粉煤灰的回收和高效利用。本發明設計工業粉煤灰的回收利用，原料易得，安全環保，易于大批量工業化生產，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及工業粉煤灰的回收利用和鋰離子電池電極材料制備領域，具體涉及一種粉煤灰的處理方法及其在鋰離子電池中的應用。

背景技術

我國是個產煤大國，以煤炭為電力生產基本燃料。我國的能源工業穩步發展，發電能力年增長率為7.3%，電力工業的迅速發展，帶來了粉煤灰排放量的急劇增加，燃煤熱電廠每年所排放的粉煤灰總量逐年增加，2000年粉煤灰排放量達1.5億噸，2010年約為3億噸，2017年將達到5~6億噸，給我國的國民經濟建設及生態環境造成巨大的壓力。粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等。大量的粉煤灰不加處理，就會產生揚塵，污染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學物質還會對人體和生物造成危害。常用的粉煤灰的處理技術主要為固化或者制成水泥，但是還是存在處理過程繁瑣和成本問題。

因此在現有的基礎上開發一種新型的粉煤灰的回收利用方法變得十分關鍵。

鋰離子電池作為一種被廣泛使用和接納的新型二次能源，近年來得到了蓬勃的發展，其主要的陽極材料為硅及氧化硅，因為其高比容量和低工作電壓。而粉煤灰的主要成分為SiO₂，從而可以作為陽極材料被使用，但是面臨的問題是硅氧化物在循環過程中還是容易收到結構變化和坍塌的影響，考慮加入適量纖維素，在熱處理后形成碳，從而起到增大導電性和防止結構變化的作用，從而實現粉煤灰的高效回收利用。

因此我們設計了粉煤灰/碳復合物，并用于鋰離子電池。由于粉煤灰的主要成分為SiO₂，能夠提供較高的比容量。同時，碳的引入能夠增強導電性并且一直SiO₂的體積變化，最終實現高性能的鋰離子電池。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的之一是提供一種粉煤灰/碳復合

物的制備方法，所述粉煤灰/碳復合物主要通過粉煤灰與纖維素混合后熱處理得到，實現粉煤灰的廢物再利用回收。

本發明的目的之二是提供一種粉煤灰/碳復合物的應用，應用對象為鋰離子電池的負極材料。

纖維素是一類富碳材料，在高溫熱處理后能夠形成碳材料，且同時原位熱處理的的過程中會與粉煤灰發生包覆或附著等作用，進一步增大碳質材料與粉煤灰的接觸面積，從而提高其導電性。基于以上思路，完成了本發明。

本發明的第一方面是提供了一種粉煤灰/碳復合物的制備方法，所述粉煤灰/碳復合物主要通過粉煤灰與纖維素混合后熱處理得到，實現粉煤灰的回收，然后將其作為鋰離子電池的負極材料實現再利用。

根據本發明，優選的粉煤灰尺寸為50-100 μm。

根據本發明，所述的纖維素可選用天然纖維素及其衍生物中的至少一種，可以為分散液或者纖維素粉末。

根據本發明，粉煤灰/碳復合物通過以下步驟方法獲得：

（1）將納米纖維分散液與粉煤灰按比例置于燒杯中，加入10~20mL去離子水，常溫下以300~400r/min轉速減半混合20~30min，得到混合料；