[發明專利]一種以畜禽糞便有機肥制備金屬離子電池負極材料的方法

在審

• 申請號: 202111497657.X
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114132916A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 方軍;羅江水;魏潤宏
• 申請（專利權）人: 泉州師范學院
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/587;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 張耕祥

本發明公開了一種以畜禽糞便有機肥制備金屬離子電池負極材料的方法，屬于新能源離子電池領域。將禽畜糞便進行固液分離，經過烘干、清洗、再次烘干、粉碎后；向粉末顆粒中加入強酸/強堿溶液進行超聲混合，將混合物烘干后，將干燥物在惰性氛圍下進行高溫碳化處理；最后將產物中和為中性，再清洗、烘干、研磨、過篩，即可制得負極材料，可用于金屬離子電池。本發明將農用有機肥進行回收加工利用，制備的多孔碳材料位點增強了鋰、鉀、鈉等的擴散和轉移，有效的提高了負極材料的循環和倍率性能，同時含有的微量氮磷元素能促進材料電化學性能的提高。本制備方法原料綠色環保，工藝簡單，過程易控、能耗低，生產過程無毒無污染，屬于環境友好型綠色工藝。

技術領域

本發明屬于新能源離子電池領域，尤其涉及一種以畜禽糞便有機肥制備金屬離子電池負極材料的方法。

背景技術

畜禽糞便含有蛋白質、脂肪類、有機酸、纖維素、半纖維素以及無機鹽等，其中機質15-25.5%，同時含有豐富的氮0.5-1.63%，磷0.5～1.54%，鉀0.35～0.85%，碳水化合物11%。雖然畜禽糞便糞肥能有效提高土壤肥沃性，但是糞肥的隱患也不能忽視，比如未腐熟糞肥，特別是禽糞含鹽分較重、易使土壤鹽化；禽畜糞便中較多病菌、蟲卵、雜草種子等，容易給植物帶來不良影響，引起病蟲害；含有重金屬、抗生素等，會毒害植物，影響農產品安全。畜禽糞便的常規處理方法就是將其直接排到土壤田地中，目前還沒有一種高附加值的處理方法。

人們研究了許多具有各種結構的碳質離子電池負極材料，如雜原子摻雜碳質材料，硬碳，石墨烯和碳纖維。在這些材料中，三維分級多孔碳材料具有較大的比表面積、高導電性、良好的化學穩定性和低成本而成為商業離子電池的一種非常有前途的候選材料，并且具有高的離子電池容量和出色的循環穩定性。

傳統方法中，往往采用生物質原料制備多孔碳負極材料，但微量元素自身含量極少，需要額外添加氮源、磷源材料。將農業有機肥制備成電池材料的方案，目前還少有報道現。

發明內容

根據上述領域的需求和不足，本發明提供一種以畜禽糞便有機肥制備金屬離子電池負極材料的方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種以畜禽糞便有機肥制備金屬離子電池負極材料的方法，包括如下步驟：

（1）將養殖場收集來的禽畜糞便進行固液分離，輸出干固物并烘干，再將干固物進行清洗、再次烘干干燥、粉碎成50～80目的粉末顆粒；

（2）向粉末顆粒中加入強酸或強堿溶液進行超聲混合，將所得混合物放入烘箱烘干后，將所得干燥物放入加熱設備中，在惰性氛圍下進行高溫碳化處理；

（3）將產物經過酸性溶液或堿性溶液中和為中性，再清洗、烘干、研磨、過篩，即可制得負極材料，可用于相關金屬離子電池。

步驟（1）中，所述固液分離采用的方法為傾析法、過濾法、離心分離法、重力沉降法的一種；干固物的烘干方法為機械脫水法、加熱干燥法、化學除濕法等。

步驟（1）中，烘干設備為除濕干燥器、旋轉輪式干燥器、低壓干燥器、真空干燥器、壓縮空氣干燥器等；烘干溫度為100-150℃，水分含量＜2％。

步驟（1）中，干固物清洗是用清水清洗，再次烘干干燥的工藝同第一次；粉碎設備為齒式粉碎機、錘式粉碎機、刀式粉碎機、渦輪式粉碎機、壓磨式粉碎機、銑削式粉碎、球磨機等；研磨時間為1~2小時。

步驟（2）中，所述酸為鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、草酸、碳酸等；堿為氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水等；所述酸或堿的濃度為90~99％。

步驟（2）中，所述酸（或堿）和粉末顆粒的質量比為1~20：100；所述超聲混合的時間為1~3小時；所述烘干采用鼓風干燥箱進行干燥，鼓風干燥箱溫度為100-120℃，烘干時間為12小時。