一种用废旧阴极炭块制备钠离子电池负极材料的方法

本发明属于钠离子电池领域，特别涉及一种用废旧阴极炭块制备钠离子电池负极材料的方法。

背景技术：

1、凭借钠资源分布广泛且储量丰富和与锂相似的电化学性质，钠离子电池在大规模储能领域具有巨大的应用潜力。与锂相比，较大离子半径的钠离子使其在电极材料中的嵌入/脱出与扩散迁移变得十分困难，这无疑给钠离子电池电极材料开发提出了更高的要求。大规模商业应用在锂离子电池领域的石墨负极，无法直接用作钠离子电池负极材料，其储钠比容量低于35mah/g。开发性能优异、成本低廉的钠离子电池负极材料已成为当前钠离子电池大规模推广急需解决的问题。

2、废旧阴极炭块是铝电解伴生的固体废弃物，被大量堆存，因其含有大量的金属氟化物和含铝含硅化合物而被列入危险固体废弃物。此外废旧阴极炭块仍含有一半以上的碳质成分，现有的堆存处理不仅会造成土壤、水体和生态环境污染，还会造成碳资源浪费。然而其中碳质成分石墨化程度极高，难以直接用做钠离子电池负极材料。因此兼顾大层间距和缺陷结构引入的深度净化高值化工艺的开发对于实现废旧阴极炭块衍生碳材料优异储钠至关重要。

技术实现思路

1、针对钠离子电池负极材料开发和废旧阴极炭块深度净化高值化存在的问题，本发明的目的是在于提出一种废旧阴极炭块深度除杂净化制备多孔碳材料的方法。

2、为实现上述技术目的，本发明提供了一种用废旧阴极炭块制备钠离子电池负极材料的方法，包括以下步骤：

3、称取草酸钠和氢氧化钠，得到草酸钠和氢氧化钠复合无机盐；

4、将铝电解伴生的废旧阴极炭块与草酸钠和氢氧化钠复合无机盐进行球磨混合；

5、将球磨后的混合物在惰性气氛下400～1400℃进行高温处理；

6、将高温处理后的固体材料经过水洗、过滤干燥处理，得到多孔碳材料，所述多孔碳材料用于钠离子电池负极材料。

7、优选地，所述草酸钠与氢氧化钠质量比值为1-100。

8、优选地，所述废旧阴极炭块与复合无机盐质量比值为0.001-0.3。

9、优选地，所述球磨时间为1-48h。

10、优选地，所述高温处理时间为0.5-10h。

11、优选地，所述惰性气氛为氩气。

12、优选地，所述水洗时间为1-48h，水洗温度为大于0℃小于100℃。

13、本发明的技术原理如下：

14、本发明关键在于采用草酸钠和氢氧化钠复合无机盐辅助机械球磨和高温处理。碱熔盐将含硅含铝杂质转化形成可水溶性的铝酸盐和硅酸盐，草酸钠在高温分解时产生大量二氧化碳气体，对废旧阴极炭块碳质成分进行氧化和造孔，大幅度增加碳质成分中孔道结构、缺陷结构和扩宽其碳层间距，进而大幅度提高碳质成分整体无定型化程度。为钠离子嵌入与迁移扩散提供了丰富的离子通道，为钠离子可逆存储提供了丰富的活性位点。

15、相对于现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果如下：

16、1、本发明以铝电解企业广泛堆存的废旧阴极炭块为碳源，借助草酸钠和氢氧化钠独特物理化学性质，经由球磨、高温焙烧和水洗，同时实现废旧阴极炭块的深度净化和结构转变，所得碳材料孔道结构丰富、缺陷结构丰富、层间距大，石墨化程度低。该方法使用设备简单、原料易得经济性好、适合大规模生产应用。

17、2、本发明的技术方案制备的多孔碳材料纯度高、钠离子扩散动力学优异、储钠活性位点丰富，用作钠离子电池负极材料，展示出高可逆比容量和长循环寿命。

技术特征：

1.一种用废旧阴极炭块制备钠离子电池负极材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用废旧阴极炭块制备钠离子电池负极材料的方法，其特征在于：所述草酸钠与氢氧化钠质量比值为1-100。

3.根据权利要求1所述的用废旧阴极炭块制备钠离子电池负极材料的方法，其特征在于：所述废旧阴极炭块与复合无机盐质量比值为0.001-0.3。

4.根据权利要求1所述的用废旧阴极炭块制备钠离子电池负极材料的方法，其特征在于：所述球磨时间为1-48h。

5.根据权利要求1所述的用废旧阴极炭块制备钠离子电池负极材料的方法，其特征在于：所述高温处理时间为0.5-10h。

6.根据权利要求1所述的用废旧阴极炭块制备钠离子电池负极材料的方法，其特征在于：所述惰性气氛为氩气。

7.根据权利要求1所述的用废旧阴极炭块制备钠离子电池负极材料的方法，其特征在于：所述水洗时间为1-48h，水洗温度为大于0℃小于100℃。

技术总结本发明公开了一种用废旧阴极炭块制备钠离子电池负极材料的方法。将废旧阴极炭块与草酸钠和氢氧化钠复合无机盐进行球磨混合，经400～1400℃热处理，以及水洗处理，即可实现废旧阴极炭块的深度净化，得到多孔碳材料，该方法工艺简单，原料来源广泛，所制备的多孔碳材料，缺陷结构丰富，孔道结构丰富，层间距大，活性位点丰富，将其用作钠离子电池负极材料，展示出优异的储钠性能。技术研发人员：陈玉祥,李雪梅,张英杰,董鹏受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5