一种基于废弃织物再资源化的钠离子电池硬碳基负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于废弃织物再资源化的钠离子电池硬碳基负极材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤1、回收废弃织物制备硬碳：(1)废弃织物预处理；(2)废弃织物预热解；(3)废弃织物的热解；步骤2、钠离子电池负极材料制备：(1)将硬碳与粘结剂、导电剂混合；(2)将硬碳产物、粘结剂、导电剂的混合物放入研钵中研磨；(3)移取有机溶剂至研钵中，研磨后涂覆于负极集流体上，得到钠离子电池负极材料。该方法能够回收废弃织物，实现再资源化利用，减少环境污染与经济损失，依据废弃织物热解得到的硬碳，制备出适用于钠离子电池的新型负极材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种基于废弃织物再资源化的钠离子电池硬碳基负极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于材料
，涉及一种负极材料的制备方法，具体涉及一种基于废弃织物再资源化的钠离子电池硬碳基负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]涤纶面料具有强度较高、保型性和阻燃性良好、抗皱褶免熨烫的功能，是日常生活中使用较为广泛的一种服装面料。
[0003]钠离子电池(SIBs)具有与锂离子电池(LIBs)相似的化学和电化学性质，且能够提供更可持续和低成本的选择，成为了锂离子电池的潜在替代品。但是，较锂而言，Na离子半径较大，标准电化学电位较低(≈2.71V)，SIBs技术的发展一直受限于合适电极材料的开发。相对于锂金属，钠金属的化学反应活性更强、离子直径更大，被认为是SIBs技术发展的关键瓶颈。控制钠的反应性需要严格控制电池运行环境中的水分和氧含量。钠离子相对于锂离子的半径大40％，这就要求电极材料的晶体结构对Na离子具有较高的稳定性。在常规电解质中，Na
+
在很大程度上都不能嵌入到石墨当中，因此石墨并不适用于SIBs。为了克服这一问题，各种一维碳纳米结构(碳纤维、纳米管)、二维(杂原子掺杂石墨烯)和三维(多孔碳结构)金属、金属氧化物、硫化物和合金等作为SIBs的负极材料应用被广泛研究。碳材料有天然石墨、人工石墨、碳纤维、MCMB、焦碳、热解炭等，按照石墨化程度的不同，碳材料可以分成石墨、软碳、硬碳等，目前在研究中，硬碳和软碳及相关材料作为SIBs电极材料得到了较多的研究。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于废弃织物再资源化的钠离子电池硬碳基负极材料的制备方法。该方法能够回收废弃织物，实现再资源化利用，减少环境污染与经济损失，依据废弃织物热解得到的硬碳，制备出适用于钠离子电池的新型负极材料。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种基于废弃织物再资源化的钠离子电池硬碳基负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、回收废弃织物制备硬碳：
[0008](1)废弃织物预处理：对废弃织物进行洗净、干燥处理，平整放入坩埚中，其中：废弃织物为涤纶、无纺布袋、面粉精装带、医疗卫生用纺织品(一次性口罩、防护服、隔离衣、手术衣、实验服、护士帽、手术帽、手术包、产妇包、急救包、尿布、枕套、床单、被套、鞋套)中的一种或几种；
[0009](2)废弃织物预热解：将坩埚放入管式炉中，设置加热参数：以5～15℃/min升温，加热至400～600℃后持续90～150min，最后以5～15℃/min降温至室温，得到废弃织物的预
热解产物；
[0010](3)废弃织物的热解：将废弃织物的预热解产物放入坩埚中，将坩埚放入高温炉中，设置加热参数：以2～8℃/min升温，加热至800～1500℃后持续90～150min，最后以2～8℃/min降温至室温，得到废弃织物的热解产物；
[0011]步骤2、钠离子电池负极材料制备：
[0012](1)将硬碳产物与粘结剂、导电剂以硬碳：粘结剂：导电剂＝0.8～0.9：0.1～0.2：0.02～0.08的质量比混合，其中：粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶(SBR)乳液、羧甲基纤维素(CMC)中的一种或几种，以及以聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯腈(PAN)和聚丙烯酸酯作为主要成分的水性粘结剂；导电剂为乙炔黑、导电炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种；
[0013](2)将硬碳产物、粘结剂、导电剂的混合物放入研钵中研磨；
[0014](3)移取有机溶剂至研钵中，研磨5～15min后利用涂布机涂覆于负极集流体上，得到钠离子电池负极材料，其中：有机溶剂为NMP、DMF、DMAc等中的一种，负极集流体为铜片、铝箔等中的一种或几种，钠离子电池负极材料中硬碳的含量为80～90wt.％。
[0015]相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：
[0016]1、废弃织物会造成经济损失和环境污染，而硬碳材料是所有碳基材料其中最成熟的商业化应用的负极材料，本专利技术将二者结合起来，变废为宝，既解决了前者所带来的一系列问题，也制备出了高性能的钠离子电池负极材料。
[0017]2、本专利技术对涤纶样品和所制备的钠离子电池负极材料进行了性能评测，评测结果表明，回收废旧织物制备的硬碳基负极材料具有导电性高、稳定性好，适合作为钠离子电池的负极材料。
[0018]3、本专利技术制备的钠离子电池硬碳基负极材料在组装为电池后，充分发挥体积小、性能高的优点，为各种移动小型设备供电，比如耳机、手机、手环等；也可以为医用型小型携带式设备供电，如血氧仪、汗液监测传感器等。
附图说明
[0019]图1为涤纶样品的热重实验(TG和DTG曲线)；
[0020]图2为钠离子电池负极硬碳材料的X射线衍射实验(XRD曲线)；
[0021]图3为钠离子电池负极硬碳材料的SEM图像表征(SEM图像)。
具体实施方式
[0022]下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0023]实施例1：
[0024]本实施例提供了一种基于废弃织物再资源化的钠离子电池负极材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0025]步骤1、回收废弃织物(以涤纶为例)制备硬碳：
[0026](1)涤纶样品预处理：涤纶样品洗净、干燥、剪碎(大小3mm
×
3mm)，平整放入坩埚
中。
[0027](2)涤纶样品预热解：将坩埚放入管式炉中，设置加热参数：以10℃/min升温，加热至500℃后持续120min，最后以10℃/min降温至室温，得到涤纶的预热解产物。
[0028](3)涤纶的热解：将涤纶的预热解产物放入坩埚中，将坩埚放入高温炉中，设置加热参数：以5℃/min升温，加热至900/1200/1400℃后持续120min，最后以5℃/min降温至室温，得到三组涤纶的热解产物：900℃硬碳、1200℃硬碳、1400℃硬碳。
[0029]步骤2、钠离子电池负极材料制备：
[0030](1)将15.5mg硬碳与2.7mg粘结剂、0.91mg导电剂硬碳产物与PVDF、Kapa以硬碳：PVDF：Kapa＝0.85：0.15：0.05的质量比混合。其中，硬碳磨细筛分(200目)呈面粉状。
[0031](2)放入天平中称量完毕后放入研钵中研磨。研磨后不能看见白色的PVDF。
[0032](3)用移液枪移取NMP溶液84μL至研钵中，研磨10min左右，成品有流动性。
[0033](4)取玻璃板，擦干净，加一点点乙醇后将铜片置于其上，擦干，不能有褶皱。
[0034](5)将研磨好的液体涂于铜片上，涂成长条状，用滚筒(读数6.5)滚均匀。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于废弃织物再资源化的钠离子电池硬碳基负极材料的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤1、回收废弃织物制备硬碳：(1)废弃织物预处理：对废弃织物进行洗净、干燥处理，平整放入坩埚中；(2)废弃织物预热解：将坩埚放入管式炉中，设置加热参数：以5～15℃/min升温，加热至400～600℃后持续90～150min，最后以5～15℃/min降温至室温，得到废弃织物的预热解产物；(3)废弃织物的热解：将废弃织物的预热解产物放入坩埚中，将坩埚放入高温炉中，设置加热参数：以2～8℃/min升温，加热至800～1500℃后持续90～150min，最后以2～8℃/min降温至室温，得到废弃织物的热解产物；步骤2、钠离子电池负极材料制备：(1)将硬碳产物与粘结剂、导电剂以硬碳：粘结剂：导电剂＝0.8～0.9：0.1～0.2：0.02～0.08的质量比混合；(2)将硬碳产物、粘结剂、导电剂的混合物放入研钵中研磨；(3)移取有机溶剂至研钵中，研磨5～15min后涂覆于负极集流体上，得到钠离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述的基于废弃织物再资源化的钠离子电池硬碳基负极材料的制备方法，其特征在于所述废弃织物为涤纶、无纺布袋、面粉精装带、医疗...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏翔，凌亦然，钱彬，郑淏天，江静，王桦，孙飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：