【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種電極材料，特別涉及一種高容量電極材料，還涉及一種基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，以及一種高容量電極材料在鋰離子電池中的應用，屬于固廢高值資源化利用。
技術介紹
1、在鋅電解過程中，陽極中的鋅會溶解并轉移到陰極，而其他不參與電解反應的金屬或元素則會以單質、合金或化合物的形式留在陽極上，最終形成陽極泥。這些元素包括但不限于錳、鉛、銀等，它們由于其電化學性質無法完全溶解到電解液中，從而形成了陽極泥；基于此，鋅冶煉陽極泥的主要成分為二氧化錳，同時包含鉛化物、硫酸鋅等物質。多年以來，鋅冶煉陽極泥的處置方式較多的是將冶煉泥助于鉛鋅冶煉廠中進行搭配處理，這樣的處理方式對于環境及回收經濟附加值影響較大，難以實現固廢資源的高質化利用，造成資源的嚴重浪費。因此，亟需尋找一種能夠提高鋅冶煉陽極泥中的過渡金屬元素附加值的方法。
技術實現思路
1、針對現有技術中鋅冶煉陽極泥高附加值利用水平低等問題，本專利技術的第一個目的是在于提供一種基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，該方法能夠實現鋅冶煉陽極泥的資源化利用，將鋅冶煉陽極泥中的錳、鋅和鉛等有用過渡金屬進行選擇性浸出并轉化成混合過渡金屬硫化物，可以作為高容量、高活性電極材料使用，實現了鋅冶煉陽極泥的高質化利用，且該方法簡單、高質化、經濟價值較大、適用性較廣。
2、本專利技術的第二個目的是在于提供一種高容量電極材料，其由錳、鉛、鋅等混合過渡金屬硫化物構成，具有高容量、高活性等特點。
3、本專利技術的第三個
4、為了實現上述技術目的，本專利技術提供了一種基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，該方法是將鋅冶煉陽極泥通過濕法浸出，得到混合過渡金屬離子溶液；所述混合過渡金屬離子溶液經過水解沉淀，得到過渡金屬混合凝膠；所述過渡金屬混合凝膠通過硫化焙燒，即得電極材料；所述濕法浸出采用含亞鐵離子的酸溶液、含雙氧水的酸溶液、含亞硫酸鹽的酸溶液中至少一種作為浸出劑。
5、本專利技術提供的基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，能夠實現鋅冶煉陽極泥中有用過渡金屬離子的回收和高價值利用。本專利技術技術方案的關鍵在于先通過濕法浸出實現鋅冶煉陽極泥中有用過渡金屬元素的選擇性浸出(主要浸出錳、鋅和鉛等過渡金屬元素)，并且浸出的有用過渡金屬元素無需純化除雜等過程，直接通過水解沉淀和硫化焙燒轉變為混合過渡金屬硫化物，特別是混合過渡金屬離子以共晶形式進行沉淀，且形成納米化沉淀，實現了混合過渡金屬離子的均勻摻雜以及共硫化，形成的混合過渡金屬硫化物表現出高容量、高活性等特點。本專利技術創新性地直接從鋅冶煉陽極泥中選擇性提取有用過渡金屬元素并將其轉化成高活性高容量電極材料，不但能夠完成鋅冶煉陽極泥的高質化利用，而且縮短電極材料的制備流程，顯著降低電極材料的生產成本。
6、作為一個優選的方案，所述含亞鐵離子的酸溶液中亞鐵離子的濃度為0.05～0.5mol?l-1，酸的濃度為0.5～2mol?l-1。作為一個優選的方案，所述含雙氧水的酸溶液中過氧化氫的濃度為0.05～0.5mol?l-1，酸的濃度為0.5～2mol?l-1。作為一個優選的方案，所述含亞硫酸鹽的酸溶液中亞硫酸鹽的濃度為0.05～0.5mol?l-1，酸的濃度為0.5～2mol?l-1。亞硫酸鹽可以為亞硫酸銨。含亞鐵離子的酸溶液中亞鐵離子由氯化亞鐵、硫酸亞鐵等易溶性鹽提供，酸溶液中酸成分可以為常規的無機酸提供，例如硫酸、鹽酸等。本專利技術通過采用還原浸出的方法可以實現高價錳的還原浸出，降低錳元素的價態，加快錳元素的溶解，例如：2fe2++mno2+4h+→2fe3++mn2++4h2o，酸性溶液可以提供豐富的氫離子，協助還原浸出產生的氧元素形成水，致使反應右移動，提高錳元素浸出效率。
7、作為一個優選的方案，所述濕法浸出的條件為：液固比為1ml:1g～100ml:1g，浸出溫度為30℃～100℃，浸出時間為0.5h～12h。如果濕法浸出的液固比過低，會使得鋅冶煉材料難以有效地分散于浸出液中，導致錳、鋅等過渡金屬元素無法被高效提取，如果液固比過大，將會造成廢液大量的產生，污染環境，增加后續的處理成本。因此，液固比進一步優選為5ml:1g～50ml:1g。溫度的增加與浸出時間的提升，有助于增加還原性離子、酸性質子等與二氧化錳碰撞概率，加快反應進度進度，提高浸出效率，實現錳離子的快速浸出，但有可能造成其他高價雜質元素的還原浸出，導致材料內部的雜質含量增多，所衍生的高容量新材料因雜質組分過多，致使電化學性能不佳。浸出時間過短、溫度過低，造成錳元素浸出效率下滑嚴重，能耗增高、成本增大，不利于擴大生產。
8、作為一個優選的方案，所述水解沉淀以濃度為0.1mol?l-1～2.0mol?l-1的堿溶液作為沉淀劑；所述堿溶液包括氫氧化鈉溶液、氫氧化鋰溶液、氫氧化鉀溶液、氨水中至少一種。所述沉淀劑的濃度過低，導致有用過渡金屬元素難以沉淀完全，如果堿液濃度過大，不但會造成堿液浪費，而且堿性過大，將會造成有用過渡金屬元素沉淀速率過快，導致過渡金屬混合凝膠難以達到納米化而產生明顯的團聚現象，導致后續的硫化活化效果較差。
9、作為一個優選的方案，所述硫化焙燒的過程中采用硫脲和/或硫粉作為硫化劑。
10、作為一個優選的方案，所述硫化劑質量為過渡金屬混合凝膠質量的2～10倍。所述硫化劑質量進一步優選為過渡金屬混合凝膠質量的2～5倍；當硫源加入量過時，將會造成部分硫資源揮發浪費，同時也有可能造成電極材料中有部分的硫單質的殘存，導致再生的材料的電化學性能不佳；當硫源加入量過低時，會導致部分過渡金屬未被硫化，會影響電極材料的電化學性能。
11、作為一個優選的方案，所述煅燒的條件為：在保護氣氛下，以5～15℃min-1升溫速率升溫至500～800℃，煅燒4h～10h。所述保護氣氛為氬氣、氮氣或氫氬混合氣(氫氣的體積比5％～30％)。優選氫氬混合氣(氫氣的體積比5％～30％)。基于過渡金屬混合凝膠含有大量的水及氫氧根，若是在空氣中進行煅燒，硫源來不及與金屬氫氧化物凝膠進行反應，便率先與空氣中的氧組分率先反應，導致最終金屬氫氧化物難以徹底硫化反應；在惰性氣氛中加入還原性氣氛，硫源將會率先形成硫化氫氣體，借助酸性質子與金屬氫氧化物凝膠中的氫氧根進行率先反應，硫元素快速與金屬離子形成反應，生成金屬硫化物。如果硫化焙燒溫度過低，則達不到硫化效果，如果硫化焙燒溫度過高，會導致部分硫揮發損失，導致部分過渡金屬難以充分硫化。進一步優選的福安少溫度為500～700℃。
12、本專利技術還提供了一種高容量電極材料，其由所述制備方法得到。
13、本專利技術還提供了一種高容量電極材料的應用，其作為負極材料用于鋰離子電池。
14、本專利技術的鋅冶煉陽極泥主要來源于市場上所購買的陽極泥材料，鋅陽極泥的主要成分為二氧化錳，還包含pb、zn、fe、ca、mg、sr等元素及結晶物質，其化學成分通常本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，其特征在于：將鋅冶煉陽極泥通過濕法浸出，得到混合過渡金屬離子溶液；所述混合過渡金屬離子溶液經過水解沉淀，得到過渡金屬混合凝膠；所述過渡金屬混合凝膠通過硫化焙燒，即得電極材料；所述濕法浸出采用含亞鐵離子的酸溶液、含雙氧水的酸溶液或含亞硫酸鹽的酸溶液中至少一種作為浸出劑。
2.根據權利要求1所述的一種基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，其特征在于：
3.?根據權利要求1或2所述的一種基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，其特征在于：所述濕法浸出的條件為：液固比為?1mL:?1g~?100mL:1g，浸出溫度為?30℃~100℃，浸出時間為?0.5h~12h。
4.根據權利要求1所述的一種基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，其特征在于：
5.根據權利要求1所述的一種基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，其特征在于：
6.?根據權利要求1或5所述的一種基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，其特征在于：所述煅燒的條件為：在保護氣氛下，以5~15℃?min-1
7.一種高容量電極材料，其特征在于：由權利要求1~6任一項所述制備方法得到。
8.權利要求7所述的一種高容量電極材料的應用，其特征在于：作為負極材料用于鋰離子電池。
...【技術特征摘要】
1.一種基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，其特征在于：將鋅冶煉陽極泥通過濕法浸出，得到混合過渡金屬離子溶液；所述混合過渡金屬離子溶液經過水解沉淀，得到過渡金屬混合凝膠；所述過渡金屬混合凝膠通過硫化焙燒，即得電極材料；所述濕法浸出采用含亞鐵離子的酸溶液、含雙氧水的酸溶液或含亞硫酸鹽的酸溶液中至少一種作為浸出劑。
2.根據權利要求1所述的一種基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，其特征在于：
3.?根據權利要求1或2所述的一種基于鋅冶煉陽極泥制備高容量電極材料的方法，其特征在于：所述濕法浸出的條件為：液固比為?1ml:?1g~?100ml:1g，浸出溫度為?30℃~100℃，浸出...
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。