一种粉煤灰的处理方法及其在锂离子电池中的应用

技术领域

本发明涉及工业粉煤灰的回收利用和锂离子电池电极材料制备领域，具体涉及一种粉煤灰的处理方法及其在锂离子电池中的应用。

背景技术

我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，2000年粉煤灰排放量达1.5亿吨，2010年约为3亿吨，2017年将达到5~6亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO

因此在现有的基础上开发一种新型的粉煤灰的回收利用方法变得十分关键。

锂离子电池作为一种被广泛使用和接纳的新型二次能源，近年来得到了蓬勃的发展，其主要的阳极材料为硅及氧化硅，因为其高比容量和低工作电压。而粉煤灰的主要成分为SiO

因此我们设计了粉煤灰/碳复合物，并用于锂离子电池。由于粉煤灰的主要成分为SiO

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种粉煤灰/碳复合

物的制备方法，所述粉煤灰/碳复合物主要通过粉煤灰与纤维素混合后热处理得到，实现粉煤灰的废物再利用回收。

本发明的目的之二是提供一种粉煤灰/碳复合物的应用，应用对象为锂离子电池的负极材料。

纤维素是一类富碳材料，在高温热处理后能够形成碳材料，且同时原位热处理的的过程中会与粉煤灰发生包覆或附着等作用，进一步增大碳质材料与粉煤灰的接触面积，从而提高其导电性。基于以上思路，完成了本发明。

本发明的第一方面是提供了一种粉煤灰/碳复合物的制备方法，所述粉煤灰/碳复合物主要通过粉煤灰与纤维素混合后热处理得到，实现粉煤灰的回收，然后将其作为锂离子电池的负极材料实现再利用。

根据本发明，优选的粉煤灰尺寸为50-100 μm。

根据本发明，所述的纤维素可选用天然纤维素及其衍生物中的至少一种，可以为分散液或者纤维素粉末。

根据本发明，粉煤灰/碳复合物通过以下步骤方法获得：

（1）将纳米纤维分散液与粉煤灰按比例置于烧杯中，加入10~20mL去离子水，常温下以300~400r/min转速减半混合20~30min，得到混合料；

（2）将混合料涂敷于表面皿中，80~90℃下干燥，得纤维素/粉煤灰复合材料；

（3）纤维素/粉煤灰复合材料至于马弗炉中，在空气气氛下煅烧得到粉煤灰/碳复合物，煅烧温度为300-500℃，升温速率为2-10℃每分钟，保温时间为1-5小时。优选的煅烧温度为500℃，升温速率为5℃每分钟，保温时间为3小时.

根据本发明，所述的纳米纤维素选用天然纤维素及其衍生物中的一种或者多种，粉煤灰选用来自以煤粉为燃料的火电厂和城市集中供热锅炉产生的粉煤灰。

根据本发明，所述的步骤（1）中的纳米纤维素和粉煤灰的比例为1：1~10：1，优选的比例为5：1，混合以后物料与水的比例为1：2~1：5，优选比例为1：3。

本发明的第二方面是提供上述包含粉煤灰/碳复合材料的应用，应用对象为锂离子电池负极材料。

本发明的有益效果：

1.本发明提供了一种粉煤灰/碳复合物的制备方法，所述粉煤灰/碳复合物中的粉煤灰来自以煤粉为燃料的火电厂和城市集中供热锅炉产生的工业垃圾，对粉煤灰的回收非常环保。所述粉煤灰/碳复合物应用到锂离子电池的负极材料，属于再利用能够激发粉煤灰的最大价值，是一种可持续发展策略。所述煤灰/碳复合物的制备过程简单，绿色环保，无二次污染，制作周期短，成本低廉，可以实现大规模的工业应用。

本发明提供了一种包括了上述煤灰/碳复合物的锂离子电池：所述的锂离子电池能够拥有600mAh g-1的比容量在0.1A g-1，同时在循环2000次后还能保持95%，是一种非常具有潜力的锂离子电池负极材料。

附图说明

图1-粉煤灰/碳复合物作为锂离子电池阳极材料在不同电流密度下的比容量。

具体实施方式

下面申请人将结合具体的实施案例对本发明的技术方案加以详细说明，以便本领域的技术人员对本发明有更进一步的理解，但以下实施案例不以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。

本实施例中，制备的所述的粉煤灰/碳复合物组装成锂离子电池进行研究。

本实施例中，制备的所述的锂离子电池的进行锂/粉煤灰/碳复合物电池研究，以研究配备有粉煤灰/碳复合物的锂离子电池在不同电流密度下的比容量。

本实施例中，所述的锂离子电池的电极选用锂片和粉煤灰/碳复合物，电解液选用1M LiPF

物：乙炔黑：PVDF=8：1：1的比例进行匀浆，随后使用搅拌均匀的正极浆料涂覆到铜箔上，120℃下真空干燥12小时，完成电极片的制备。

实施例1：

步骤1）：将来自发电厂的粉煤灰与纤维素分散液按比例置于容器中，加入20mL去离子水，常温下以300r/min转速混合20min，得到混合料；

步骤2）：将混合料于80℃下干燥，得纤维素/粉煤灰复合材料；

步骤3）纤维素/粉煤灰复合材料至于马弗炉中，在空气气氛下煅烧得到粉煤灰/碳复合物，煅烧温度为500℃，升温速率为5℃每分钟，保温时间为3小时.

步骤4）：所述锂离子电池的组装。

步骤5）：所述的锂离子电池的电极选用锂片和粉煤灰/碳复合物，电解液选用1MLiPF

步骤6）：测试所述的锂离子电池在电流密度为0.1，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，2.0Ag

以上，对发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换，改进等，均应在本发明的保护范围以内。