一种基于铁精粉的锂离子电池负极材料与制备的制作方法

本发明电池材料领域，尤其涉及一种基于铁精粉的锂离子电池负极材料与制备。

背景技术：

石棉尾矿是石棉矿选矿加工过程中剥离下来的尾渣，以粉体为主，是一种以蛇纹石为主要成分的危险废弃物。石棉尾矿的主要成分为二氧化硅、氧化镁、氧化铝以及铁化合物，某些石棉尾矿中含有总铁5.52％左右的铁资源，将这部分的铁资源进行回收，不仅减少石棉尾矿的堆存量，同时还避免了资源的浪费与损失。因此，众多学者对于石棉尾矿铁资源的回收展开了研究，目前，最为常用的回收铁资源的方式为通过干式磁选富集—磨矿—湿式弱磁选提获得粗铁精粉。

专利申请号201610832883.1利用酸洗铁泥生产富铁矿；

专利申请号201210438770.5利用选矿工艺、烧结工艺、冶炼工艺对蛇纹石石棉岩型的石棉尾矿进行综合利用，制取镍～铬基特殊钢或者镍～铬基不锈钢，其回收石棉尾矿铁资源是用来炼钢。

虽然利用上述专利申请中提及的铁资源得到了有效利用，但利用途径较为单一。

需要寻找更为高值利用的方法实现石棉尾矿的资源化和无害化利用。

目前未有关于将石棉尾矿铁精粉用于锂电负极的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于铁精粉的锂离子电池负极材料与制备。本发明针对目前石棉尾矿中铁资源利用途径单一问题，提供了解决方案，为石棉尾矿的铁资源高值利用提供了新应用及思路。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于铁精粉的锂离子电池负极材料制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将石棉尾矿干法研磨2～10h磁选得到品位18％～30％粗铁精粉，然后将粗铁精粉第一次过筛，接着将第一次过筛后的粗铁精粉样品经过湿法研磨2～10h磁选得到品位48％～60％精铁精粉样品，将湿法研磨后的精铁精粉样品再经过第二次过筛；

(2)将步骤(1)第二次过筛的精铁精粉与有机物含量1％～10％废水在100～500转速搅拌2～6h，纯水洗涤多次，60～90℃干燥8～12h后得到混合物，将混合物与无机盐在1:5-10质量比混合球磨得到复合材料前驱体，球磨条件：球料比为5-10：1，球磨时间为6-24h；

(3)将所得复合材料前驱体经过高温煅烧，得到fe3o4@c锂电负极材料。

步骤(3)所述高温煅烧是指，在惰性气氛或者还原气氛下以1～10℃/min的升温速率升温到500～900℃煅烧1～10h。

步骤(1)所述湿法研磨过程中，浸湿精铁精粉样品的液体包括水、2-10％酸液和/或2-10％碱液。

步骤(1)所述第一次过筛为350-500目；所述第二次过筛为100-300目。

步骤(2)所述干燥为常压干燥、真空干燥、冷冻干燥中的至少一种或几种组合。

步骤(2)所述废水包括生活污水、造纸废水、食品加工废水或含糖废水。

步骤(2)所述无机盐为nacl或者naso4。

步骤(3)所述惰性气氛包括氮气、氩气中的任意一种或两种混合。

本发明原理：

fe3o4的理论容量(926mah/g)远远超过商用负极石墨(372mah/g)，已经成为研究者们的热点材料。铁精粉的主要成份为fe3o4，通过逐步研磨磁选获得颗粒小且纯度高的铁精粉，与废水充分混合后焙烧使得形成fe3o4@c材料，能够有更稳定的锂电性能。

相对于现有技术，本发明具备如下优点及效果：

1.尾矿干法研磨2～10h磁选得到品位18％～30％粗铁精粉，然后将粗铁精粉第一次过筛，之后利用酸液或碱液湿法研磨粗铁精粉2～10h，这样能够获得更纯且更小颗粒的铁精粉，有利于锂电性能的稳定。

2.将步骤1中最后获得的铁精粉与有机物含量1％～10％废水在100～500转速搅拌2～6h，干燥后无机盐混合球磨能够使得有机物在铁精粉颗粒均匀覆盖，为后续焙烧形成厚薄均一的碳膜做准备。

3.将步骤2获得的前驱体高温煅烧后形成fe3o4@c材料，碳膜能够阻止铁精粉颗粒在充放电过程中团聚，提高复合材料的稳定性。

附图说明

图1为本发明锂离子电池负极材料制备工艺流程图。

图2为精铁精粉的xrd图谱。

图3为铁精粉与含糖废水合成复合材料的倍率曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例1

(1)将石棉尾矿干法研磨2h磁选得到品位约30％粗铁精粉，再经过湿法研磨磁选2h得到品位约58％精铁精粉；

(2)将过300目筛后精铁精粉与造纸废水混合搅拌4h，洗涤，80℃干燥12h后得到复合材料前驱体；

(3)将所得复合材料前驱体在氩气气氛下600℃煅烧2h，得到fe3o4@c锂电负极材料。

实施例2

(1)将石棉尾矿干法研磨4h磁选得到品位约30％粗铁精粉，再经过湿法研磨磁选4h得到品位约58％精铁精粉；

(2)将过200目筛后精铁精粉与造纸废水混合搅拌4h，洗涤，80℃干燥12h后得到复合材料前驱体；

(3)将所得复合材料前驱体在氩气气氛下600℃煅烧2h，得到fe3o4@c锂电负极材料。

实施例3

(1)将石棉尾矿干法研磨4h磁选得到品位约30％粗铁精粉，再经过湿法研磨磁选4h得到品位约58％精铁精粉；

(2)将过200目筛后精铁精粉与含糖废水混合搅拌4h，洗涤，80℃干燥12h后得到复合材料前驱体；

(3)将所得复合材料前驱体在氩气气氛下600℃煅烧2h，得到fe3o4@c锂电负极材料。

如上所述，本发明利用石棉尾矿中fe3o4含量高的特点，通过与有机废水综合利用，制备高值化的锂离子电池负极材料，为实现石棉尾矿资源化、无害化利用提供了可行的思路。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于铁精粉的锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将石棉尾矿干法研磨2～10h磁选得到品位18％～30％粗铁精粉，然后将粗铁精粉第一次过筛，接着将第一次过筛后的粗铁精粉样品经过湿法研磨2～10h磁选得到品位48％～60％精铁精粉样品，将湿法研磨后的精铁精粉样品再经过第二次过筛；

(2)将步骤(1)第二次过筛的精铁精粉与有机物含量1％～10％废水在100～500转速搅拌2～6h，纯水洗涤多次，60～90℃干燥8～12h后得到混合物，将混合物与无机盐在1:5-10质量比混合球磨得到复合材料前驱体，球磨条件：球料比为5-10：1，球磨时间为6-24h；

(3)将所得复合材料前驱体经过高温煅烧，得到fe3o4@c锂电负极材料。

2.根据权利要求1所述基于铁精粉的锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤(3)所述高温煅烧是指，在惰性气氛或者还原气氛下以1～10℃/min的升温速率升温到500～900℃煅烧1～10h。

3.根据权利要求2所述基于铁精粉的锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤(1)所述湿法研磨过程中，浸湿精铁精粉样品的液体包括水、2-10％酸液和/或2-10％碱液。

4.根据权利要求1所述基于铁精粉的锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一次过筛为350-500目；所述第二次过筛为100-300目。

5.根据权利要求3所述基于铁精粉的锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤(2)所述干燥为常压干燥、真空干燥、冷冻干燥中的至少一种或几种组合。

6.根据权利要求3所述基于铁精粉的锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤(2)所述废水包括生活污水、造纸废水、食品加工废水或者含糖废水。

7.根据权利要求6所述基于铁精粉的锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤(2)所述无机盐为nacl或者naso4。

8.根据权利要求7所述基于铁精粉的锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤(3)所述惰性气氛包括氮气、氩气中的任意一种或两种混合。

9.一种锂离子电池负极材料，其特征在于由权利要求1-8中任一项所述制备方法获得。

技术总结
本发明属于大宗固废资源化回收以及高值利用技术研究。本发明公开了一种基于铁精粉的锂离子电池负极材料与制备，包括以下步骤：(1)将石棉尾矿通过干法研磨、磁选，得到品位18％～30％粗铁精粉，再经过湿法研磨、磁选得到品位约48％～60％精铁精粉；(2)将过筛后精铁粉与污水混合搅拌一段时间2～6h，纯水多次洗涤后，再60～90℃干燥8～12h，得到复合材料前驱体；(3)将所得复合材料前驱体在惰性或者还原气体下500～900℃煅烧1～10h，得到Fe3O4@C锂电负极材料。本发明利用石棉尾矿中Fe3O4含量高的特点，通过与有机废水综合利用，制备高值化的锂离子电池负极材料，为实现石棉尾矿资源化、无害化利用提供了可行的思路。

技术研发人员：林璋;谢缘林;宿新泰;田兰兰;兰滢滢;朱钱;张丽娟
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2020.07.07
技术公布日：2020.11.17