本发明专利技术涉及一种利用废塑料低温制备锂离子电池负极用碳空心球超细粉的方法。将废塑料与钠、镁粉和硫粉按比例混合，在高压釜中于300～480℃、0.5～6MPa条件下反应5～10小时；产物经醇、水、盐酸洗并干燥，即得碳空心球直径为50~300纳米、空心球壁厚20~30纳米的碳空心球超细粉。该碳空心球超细粉作为锂离子电池负电极材料具有优异的电化学性能，且该方法所需反应温度低，操作简便，已与工业化，尤其是以废塑料作为碳源,有利于节能降耗和降低原料成本,并且可实现废弃物资源化利用和环境污染控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、对环境污染小、快速充电等优点，但是随着科技的进步，人们对于锂离子的容量和功率有了更高的要求，传统的碳材料已经逐渐满足不了人们的需求。因此，探索新型、安全、高效的碳基纳米电极材料是锂离子电池发展的必然要求。碳空心球与碳纳米管都是碳的同素异型体存在形式，碳空心球在金钢石膜的制备、催化材料、特殊的橡胶制品添加剂、尤其是作为锂离子电池阳极增强材料等方面具有潜在的用途，参见Angew Chem Int Ed, 2003，42，4203。 CN1821068A公开了一种以二茂铁和氯化铵为原料的碳空心球制备方法，按质量百分比由二茂铁为50 % 80 %，氯化铵为20 % 50 %混合球磨、放入气压炉中500-1600 V进行反应、获得的产物依次用稀盐酸和去离子水清洗、过滤、干燥，即得到碳空心球。所得碳空心球可广泛用于催化剂载体、药物运输、储氢和锂离子电池负极材料等领域，它还具有工艺简单、成本低、重复性好和产量高的特点。本申请引用该专利文件全文作为
技术介绍
。废塑料污染环境已经成为一个不可忽视的问题。废塑料中主要成分为低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)的塑料产品占大部分。利用这些废塑料作为原料来合成碳空心球超细粉，有利于节能降耗和降低原料成本，且迄今为止尚未见这方面的报道。
技术实现思路
本专利技术提供，该方法经济、环保且易于工业化生产，并将该碳超细粉应用于锂离子电池负极的方法。术语说明碳空心球超细粉，是指碳空心球粒度小于300纳米的粉体。废塑料主要成分为低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)的塑料品废弃物，本说明书中分别简称为LDPE、HDPE、PET、PP 和 PS，含义相同。TEM照片透射电子显微镜照片。本专利技术的技术方案如下一种利用废塑料低温制备碳空心球超细粉的方法，步骤如下(I)以废塑料金属纳、金属续粉和硫粉为反应原料，废塑料(按单质碳计)与纳、续和硫按摩尔比I: (0.5-8): (O. 2-3. 2) : (O. 1-3)混合，密封在不锈钢高压釜中，于300 4800C >O. 5 6MPa条件下反应5 10小时；(2)步骤(I)所得产物经醇洗、水洗、盐酸洗，并常规离心分离、50°C下真空干燥5 6小时，即得碳空心球超细粉。根据本专利技术优选的，上述步骤(I)中所述金属镁粉为200目的金属镁粉。所述硫粉为升华硫。根据本专利技术优选的，上述步骤(I)中所述原料摩尔比为废塑料(按单质碳计):钠镁硫=1: (1-5) : (0.5-2): (O. 4-1. 5)。进一步优选的，所述原料摩尔比为废塑料(按单质碳计)钠镁硫=1: (1.2-2): (O. 8-1. 2) : (O. 6-0. 9)。根据本专利技术优选的，上述步骤(I)中的反应条件为，于380 400°C、0. 5 4MPa条件下反应6 8小时。最优选的，上述步骤(I)所述原料摩尔比为废塑料(按单质碳计)钠镁硫为1:2:0. 8:0. 6，在高压釜中于4000C>O. 5 3MPa条件下反应6小时。 根据本专利技术，上述步骤(2 )所述醇洗优选使用95 100wt%的乙醇。根据本专利技术，上述步骤(2)所述盐酸洗优选使用lmol/L盐酸。步骤(I)所述废塑料是主要成分为低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)的塑料制品。本专利技术所述废塑料原料来源广泛，其中低密度聚乙烯(LDPE)优选塑料购物袋、塑料垃圾袋、塑料玩具及常见塑料管线等；高密度聚乙烯(HDPE)优选家用塑料器皿、工业用塑料包装、煤气管线及农用塑料薄膜等；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)优选合成纤维、饮料瓶、液体包装袋及工程用树脂等。本专利技术制备的碳空心球超细粉，碳空心球直径为5(Γ300纳米、空心球壁厚1(Γ30纳米。产物X光衍射谱参见图1，所得超细粉形貌参见图2、图5、图6。本专利技术制备的碳空心球超细粉的应用，用作锂离子电池负极材料具有良好的电化学性能，表现出了较高的比容量和较好的循环稳定性，参见图3-图4。本专利技术所述的方法制备的碳空心球超细粉作为锂离子电池负极材料制备电极的方法将导电剂粘结剂碳空心球超细粉以20 10 70的质量比例混合成浆料，所述导电剂采用乙炔黑或炭黑，粘结剂采用羧甲基纤维素钠(CMC)或聚偏二氟乙烯(PVDF)，粘结剂用去离子水或N-甲基吡咯烷酮配成质量浓度为10%的溶液使用；均匀涂覆于铜箔集流体上，于真空中80°C烘干12小时，然后裁剪成直径为12mm的电极片。在手套箱中以lmol/LLiPF6-EC/EMC/DMC(体积比为1:1:1)为电解液，隔膜采用商业锂离子电池隔膜Ce I gar d2300 (PE-PP-PE三层复合膜)，组装成扣式电池(CR2032 )，电池工作区间为O.01-3. 0V。与现有技术相比，本专利技术的优良效果如下I、本专利技术碳空心球的制备方法，反应温度较低，操作简单易控，这一特点对提高其应用价值都具有特别重要的意义。2、本专利技术碳空心球的制备方法，尤其是以废塑料作为碳源，有利于节能降耗和降低原料成本，并且可实现废弃物资源化和环境污染控制；实现了在较低温度下廉价和大规模制备碳空心球。3、本专利技术制备的碳空心球超细粉，将其应用作锂离子电池负极材料也表现出了良好的电化学性能，具有较高的比容量和较好的循环稳定性。4、本专利技术为一步反应，无需通保护气体，其工艺简单、重复性好和产量高的特点。附图说明图I是实施例I所得产物样品的X光衍射谱。图2是实施例I所得产物样品的低放大倍率的TEM照片。图3是实施例I所得碳空心球超细粉组装扣式电池(CR2032)测得的充放电曲线，测试电流为IOOmA 士1。其中，左纵坐标是比容量(Specific Capacitance),右纵坐标是库伦效率(Coulombic efficiency),横坐标是循环圈数(Cycle Number)。图4是实施例I所得碳空心球超 细粉组装扣式电池(CR2032)测得的倍率曲线。纵坐标是比容量(Specific Capacitance),横坐标是循环圈数(Cycle Number)。图5是实施例2所得产物样品的低放大倍率的TEM照片。图6是实施例3所得产物样品的低放大倍率的TEM照片。具体实施例方式下面结合实施例、实验例以及附图对本专利技术作进一步说明。实施例中使用的废塑料原料如下，均适当破碎处理后使用HDPE的塑料品废弃物原料来源为洗涤剂瓶或化妆品包装瓶；LDPE的塑料品废弃物原料来源为超市用购物袋或垃圾袋；PET的塑料品废弃物原料来源为矿泉水瓶或饮料瓶；PP的塑料品废弃物原料来源为聚丙烯塑料瓶；PS的塑料品废弃物原料来源为聚苯乙烯泡沫塑料。实施例I :碳空心球超细粉的低温合成方法取O. 05mol HDPE (按单质碳计)的塑料品废弃物，O. Imol金属钠，O. 04mol金属镁粉(200目)和O. 03mol硫粉，装入到不锈钢反应釜中(反应釜容积20ml)，密封并置于电阻炉内，在400°本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用废塑料低温制备碳空心球超细粉的方法，步骤如下:（1）以废塑料金属钠、金属镁粉和硫粉为反应原料，废塑料按单质碳计与钠、镁和硫按摩尔比1:（0.5？8）:（0.2？3.2）:（0.1？3）混合，密封在不锈钢高压釜中，于300～480℃、0.5～6MPa条件下反应5～10小时；（2）步骤（1）所得产物经醇洗、水洗、盐酸洗，并常规离心分离、50℃下真空干燥5～6小时，即得碳空心球超细粉。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钱逸泰，鞠治成，邢政，尹从明，马小健，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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