一种以废旧橡胶为原料制备离子电池负极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种以废旧橡胶为原料制备离子电池负极材料的方法，包括：将废旧橡胶制品的橡胶部位破碎为胶粉；在30℃~60℃温度下，通过有机溶液清洗胶粉2h~4h，洗净后过滤；700℃~1000℃高温热解胶粉，冷却至室温后得碳材料；将碳材料通过酸性溶液处理，碱性溶液处理，依次使用酸性溶液、碱性溶液处理或依次使用碱性溶液、酸性溶液处理；或者通过有机溶剂和碱性溶液的混合液进行处理，洗涤至中性；过滤后的产物在80℃~120℃的温度条件下真空干燥6 h~10 h，即得。本发明专利技术对废旧橡胶中硫化锌进行调控，提高了除杂效果，同时不损失碳材料电化学性能，能够作为锂/钠/钾离子电池的负极材料，使废旧橡胶变废为宝。使废旧橡胶变废为宝。使废旧橡胶变废为宝。

【技术实现步骤摘要】
一种以废旧橡胶为原料制备离子电池负极材料的方法


[0001]本专利技术属于废旧橡胶再生
，涉及一种以废旧橡胶为原料制备离子电池负极材料的方法，能够用于锂/钠/钾离子电池。

技术介绍

[0002]随着汽车工业的快速发展，我国废旧轮胎产生量增长迅速，每年约为3亿多条，折合重量已突破1000万吨。废旧轮胎的大量堆放，会对环境造成严重危害，主要包括：占用大量土地资源，遇明火易燃引发火灾，易滋生蚊虫、携带病菌、传播疾病等。提高对废旧轮胎的综合利用率，是对这些“固体废物”进行资源化利用和无害化处置的有效途径。废旧轮胎循环利用需要乘势而上，以创新驱动，推动绿色发展。
[0003]废橡胶产品的回收利用非常困难，尤其是废旧轮胎。橡胶是一种热固性的材料，不能像塑料制品所用的热塑性材料那样可以通过加热直接浇铸成所需的形状。硫化橡胶的硫化过程是通过添加硫化剂，将天然橡胶或相关聚合物转化为性能更为突出的材料的化学过程。这类添加剂通过聚合物链之间形成交联(桥)来形成交联网状结构，因此，橡胶混合物组成中出现的另外两种重要物质是硫磺(及其化合物)和氧化锌，它们通常用作硫化剂和硫化活化剂。硫化后的橡胶变成了一种交联结构，包含大量的C
‑
S，C
‑
C，S
‑
S键等及高分子链之间交叉和缠绕结构。为了进一步提升综合性能，橡胶制品中加入了防氧化剂、防腐蚀剂、防臭氧剂以及抗老化剂等，使橡胶产品具有强大的动态、静态机械性能，并且耐氧化、抗腐蚀、抗生物降解和紫外线，大幅增加了橡胶资源回收和再利用的难度。废橡胶产品杂质含量多，同时橡胶之间的交联程度高，难以处理和分离，废旧橡胶再利用到其他材料时，与基质材料的相容性差，回收利用困难。
[0004]目前，对于废旧轮胎的处置方法主要有翻新、填埋、焚烧、热解等，虽然可以达到废旧轮胎资源再利用的目的，但是也有成本高、效率和利用率低等缺点，同时会带来二次污染。以废旧橡胶为碳源制备高附加值的锂离子电池负极材料，不仅能解决废旧橡胶造成的环境污染问题，还能变废为宝，提高废旧橡胶利用率，拥有广阔的发展前景。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种以废旧橡胶为原料制备离子电池负极材料的方法，对废旧橡胶中硫化锌进行调控，提高了除杂效果，同时不损失碳材料电化学性能，能够作为锂/钠/钾离子电池的负极材料，使废旧橡胶变废为宝，解决了现有技术中存在的问题。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，一种以废旧橡胶为原料制备离子电池负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将废旧橡胶制品的橡胶部位破碎为胶粉；S2：在30℃~60℃温度下，通过有机溶液清洗胶粉2 h~4 h，洗净后过滤，过滤后的产物在60℃~120℃的温度条件下真空干燥5 h~12 h；
S3：700℃~1000℃高温热解胶粉，热解时间为1 h~5 h，热解气氛为氮气或氩气中的一种或两种任意比混合，冷却至室温后得碳材料；S4：将碳材料通过酸性溶液处理或碱性溶液处理或依次使用酸性溶液、碱性溶液处理或依次使用碱性溶液、酸性溶液处理；或者通过有机溶剂和碱性溶液的混合液进行处理，洗涤至中性；过滤后的产物在80℃~120℃的温度条件下真空干燥6 h~10 h，得到废旧橡胶基碳负极材料，即锂/钠/钾离子电池负极材料。
[0007]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术实施例以废旧橡胶作为碳源，从硫化锌与废旧橡胶碳材料颗粒间的分布交联方式出发，一步步减小颗粒间的团聚与包覆，对废旧橡胶中硫化锌进行调控，提高了除杂效果，同时不损失碳材料电化学性能，制得的负极材料可应用于锂/钠/钾离子电池，并提高了电化学性能，实现了废旧橡胶的高附加值应用。
[0008]2、相对于传统废旧橡胶处理方式，本专利技术实施例实现了废物利用，更加绿色环保；生产的碳负极材料工艺流程短、综合成本低，具有广阔的发展空间。
[0009]3、本专利技术实施例提高了废旧橡胶利用率。随着橡胶性能的提高，橡胶制品报废后的回收处理也越来越难，如废旧轮胎成分复杂，回收处理难度较大，回收利用率较低。本专利技术资源化利用废旧橡胶，提高其利用率，减少环境污染和资源浪费，促进循环经济发展。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0011]图1是实施例5清洗后的胶粉XRD图谱。
[0012]图2是实施例11清洗后的废旧橡胶基碳材料XRD图谱。
[0013]图3a是对比例1制备的废旧橡胶基碳材料EDS图谱。
[0014]图3b是对比例1制备的废旧橡胶基碳材料SEM图。
[0015]图4是实施例11制备的废旧橡胶基碳材料组装成锂离子电池在0.2 A g
‑1电流密度下的循环性能图。
[0016]图5是实施例12制备的废旧橡胶基碳材料组装成锂离子电池在0.2 A g
‑1电流密度下的循环性能图。
[0017]图6是实施例12制备的废旧橡胶基碳材料组装成钠离子电池在0.05 A g
‑1电流密度下的循环性能图。
[0018]图7是实施例12制备的废旧橡胶基碳材料组装成钾离子电池在0.1 A g
‑1电流密度下的循环性能图。
[0019]图8是实施例12清洗后的废旧橡胶基碳材料XRD图谱。
[0020]图9是实施例12与对比例2的对比图。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，
显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]本专利技术实施例的基本构思：废旧橡胶中的氧化锌在高温热解过程中转化为硫化锌（ZnS），ZnS具有较高理论容量，但ZnS具有较差的导电性和较大的电化学体积变化，导电性较差、离子传输速率较慢，使得材料的不可逆比容量较严重且在大倍率充放电时电化学性能并不理想。
[0023]嵌锂过程：ZnS+2Li
+
+2e
‑
→
Zn+Li2SZn+xLi
+
+xe
‑
→
Li
x
Zn脱锂过程：Li
x
Zn
→
xLi
+
+Zn
2+
+xe
‑
Li2S+Zn
→
ZnS+2Li
+
+2e
‑
其次，在充放电过程中ZnS会发生严重的体积膨胀现象，使得本征材料发生分裂甚至粉化、活性物质与电极片接触减小，从而使ZnS的可逆比容量迅速递减。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以废旧橡胶为原料制备离子电池负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将废旧橡胶制品的橡胶部位破碎为胶粉；S2：在30℃~60℃温度下，通过有机溶液清洗胶粉2 h~4 h，洗净后过滤，过滤后的产物在60℃~120℃的温度条件下真空干燥5 h~12 h；S3：700℃~1000℃高温热解胶粉，热解时间为1 h~5 h，热解气氛为氮气或氩气中的一种或两种任意比混合，冷却至室温后得碳材料；S4：将碳材料通过酸性溶液处理或碱性溶液处理或依次使用酸性溶液、碱性溶液处理或依次使用碱性溶液、酸性溶液处理；或者通过有机溶剂和碱性溶液的混合液进行处理，洗涤至中性；过滤后的产物在80℃~120℃的温度条件下真空干燥6 h~10 h，得到废旧橡胶基碳负极材料，即锂/钠/钾离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述一种以废旧橡胶为原料制备离子电池负极材料的方法，其特征在于，所述S1中，对废旧橡胶进行破碎的方法为：破碎法、湿法或溶液法，胶粉粒径为30目~100目。3.根据权利要求1所述一种以废旧橡胶为原料制备离子电池负极材料的方法，其特征在于，所述S2中，有机溶液为乙腈、吡啶、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇、二氯甲烷、甲苯、乙醚、环己烷、N
‑
甲基吡咯烷酮或N,N
‑
二甲基甲酰胺中的任一种或多种任意比例混合。4.根据权利要求1所述一种以废旧橡胶为原料制备离子电池负极材料的方法，其特征在于，所述S2中，依次用质量浓度≥99%环己烷溶液、质量浓度≥99%的无水乙醇溶液在30℃~60℃温度下清洗胶粉2 h~4 h。5.根据权利要求1所述一种以废旧橡胶为原料制备离子电池负极材料的方法，其特征在于，所述S4中，将制备的碳材料在30℃~60℃下依次用1 mol/L~2 mol/L氢氧化钠溶液、3 mol/L~6 mol/L盐酸溶液搅拌清洗2 h~4 h，用超纯水水洗过滤至中性；或者在30℃~60℃下依次用7 mol/L~9 mol/L硫酸溶液、2 mol/L~4 mol/L氢氧化钠溶液搅拌清洗2 h~4 h，水洗过滤至中性；过滤后的产物在80℃~120℃的温度条件下真空干燥6 h~8 h，得到废旧橡胶基碳负极材料，即锂/钠/钾离子电池负极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾传坤，李丹青，何鑫，丁美，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：