(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111497858.X (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 泉州师范学院 地址 362000 福建省泉州市丰泽区东海大 街398号 (72)发明人 方军　罗江水　魏润宏　 (74)专利代理 机构 福州君诚知识产权代理有限 公司 35211 代理人 曹元 (51)Int.Cl. H01M 4/38(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) C01B 32/05(2017.01) C01B 33/021(2006.01) (54)发明名称 一种以污泥制备微量元素掺杂硅碳负极材 料的方法 (57)摘要 本发明属于锂离子电池硅碳负极材料领域， 尤其涉及一种以污泥制备微量元素掺杂硅碳负 极材料的方法。 将预处理后污泥进行高温预碳化 处理， 将预碳化产物 研磨后， 置于酸性溶液中， 洗 涤并烘干去掉部分碱性氧化物； 将干燥产物， 加 入还原性气体并结合混合物里的碳材料， 在高温 下制得含有Si、 SiOx、 其他有价金属、 无机元素的 微量元素掺杂硅碳复合材料。 本发 明在还原氧化 物时巧妙的运用了碳材料， 同时还原后的单质金 属和无机 元素天然掺杂， 巧妙的提高了复合材料 的电化学性能和容量。 本发明原料成本低廉， 生 产过程简单， 易产业化推广， 不但能对废弃污染 物进行回收利用， 还能变废为保， 提高商业运用 价值节能环保。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 114188524 A 2022.03.15 CN 114188524 A 1.一种以污泥制备微 量元素掺杂硅碳负极材 料的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)将污泥预处理后置于管式炉中， 并在惰性气体的保护下进行高温预碳化处理， 得到 预碳化产物； 将预碳化产物研磨后， 置于酸性溶液中， 并搅拌1 ‑24h， 之后洗涤并烘干， 得到 干燥产物； (2)将干燥产物置于管式炉中， 在通入还原性气体H2和CO的条件下， 并结合干燥产物里 的碳材料， 在高温下发生还原反应， 在自然降温后得到微 量元素掺杂硅碳复合材 料。 2.根据权利要求1所述的一种以污泥制备微量元素掺杂硅碳负极材料的方法， 其特征 在于， 步骤 （1） 中， 所述污泥预处 理是将污泥 进行水洗、 干燥、 粉碎。 3.根据权利要求1所述的一种以污泥制备微量元素掺杂硅碳负极材料的方法， 其特征 在于， 步骤 （1） 中， 所述惰性气体为氦气、 氖气、 氩气、 氪气、 氙气或氮气。 4.根据权利要求1所述的一种以污泥制备微量元素掺杂硅碳负极材料的方法， 其特征 在于， 所述高温预碳化处理是以5℃/min的加热速率为加热至800℃~1500℃， 然后保温燃烧 4~10小时。 5.根据权利要求1所述的一种以污泥制备微量元素掺杂硅碳负极材料的方法， 其特征 在于， 步骤 （1） 中， 所述研磨采用球磨机， 球磨的球料比为15~20∶1， 球磨的转速为300~1000  rmp， 球磨的时间为 4~24h， 球磨后的颗粒尺寸<40 0nm。 6.根据权利要求1所述的一种以污泥制备微量元素掺杂硅碳负极材料的方法， 其特征 在于， 步骤 （1） 中， 所述 酸性溶液为硫酸、 盐酸、 硝酸、 醋酸或碳 酸的稀溶 液。 7.根据权利要求1所述的一种以污泥制备微量元素掺杂硅碳负极材料的方法， 其特征 在于， 步骤 （2） 中， 所述还原性气体为H2和CO， 通入气体速率为30 ‑80mLmin， 先以5℃/min加 热速率升温至500~700℃， 再以1~2℃/min加热速率升温至800℃~1500℃， 然后保温燃烧6~ 15小时。 8.根据权利要求1所述的一种以污泥制备微量元素掺杂硅碳负极材料的方法， 其特征 在于， 步骤 （2） 中， 所得到的微量元素掺杂硅碳复合材料中含有Si、 SiOx、 有价金属、 无机元 素。 9.根据权利要求8所述的一种以污泥制备微量元素掺杂硅碳负极材料的方法， 其特征 在于， 所述有机金属为锌、 铅、 锡、 锗、 锑、 铜、 铁、 镍、 铬、 锰或钼， 无机元 素为氮、 磷、 硫。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114188524 A 2一种以污 泥制备微量元素掺 杂硅碳负极材料的方 法 技术领域 [0001]本发明属于锂离子电池硅碳负极材料领域， 具体涉及一种以污泥制备微量元素掺 杂硅碳负极材 料的方法。 背景技术 [0002]据住建部 《中国城市建设统计年鉴》 统计， 截至2014年底， 我国城市污水处理总量 达3827239 万吨， 而城市湿污泥产生量为2143万吨， 这还不包括由工业 企业和园区自主处理 污水所产生的工业污泥。 污泥的危害主要有以下方面： 为其他有害生物的滋生提供了场所； 污染食物链； 破坏植物养分平衡； 散发出臭气和异味， 污染物颗粒会造成大气污染； 重金属 污泥会污染土壤； 污染水源等。 [0003]污泥是污水处理厂在净化污水时得到的沉淀物质， 含有混入生活污水或工业废水 中的泥沙、 纤维、 动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物， 是各种胶体、 有机质及吸 附的 金属元素、 微生物、 病菌、 虫卵等物质的综合体。 城市污水厂污泥中含有40%~50%的无机物， 主要是硅、 铁、 铝和钙等的氧化物。 其中含有 营养元素氮、 磷、 钾， 也包含有钙、 镁、 硫、 铁、 铜、 锰、 硼、 铂等 微量重金属元 素。 如何解决污泥污染和金属回收 问题， 是目前迫在眉睫的问题 随着硅含量和 掺杂元素的提高， 硅碳复合材料与商用石墨材料 （372mAh/g） 相比， 其理论比容量能扩大到3 ‑10倍， 目前商业的硅碳复合材料的制备， 原料昂贵， 工艺较为复 杂， 急需要一种便 宜且性能良好的替代工艺。 发明内容 [0004]基于上述领域的需求和不足， 本发明的目的在于提供一种以污泥制备微量元素掺 杂硅碳负极材 料的方法。 [0005]为了实现上述目的， 本发明的技 术方案如下： 一种以污泥制备微 量元素掺杂硅碳负极材 料的方法， 包括以下步骤： (1)将污泥预处理后置于管式炉中， 并在惰性气体的保护下进行高温预碳化处理， 得到预碳化产 物； 将预碳化产 物研磨后， 置于酸性溶液中， 并搅拌1 ‑24h， 之后洗涤并烘干去 除部分碱性氧化物， 得到 干燥产物； (2)将干燥产物置于管式炉中， 在通入还原性气体H2和CO的条件下， 并结合混合物 里的碳材料， 在高温下发生还原反应， 在自然降温后得到含Si、 SiOx、 其他有价金属、 无机元 素的微量元素掺杂硅碳复合材 料。 [0006]步骤 （1） 中， 所述污泥包括初沉污泥、 剩余污泥、 脱水污泥、 消化污泥或腐殖污泥等 一种或几种； 所述污泥预处 理是将污泥 进行水洗、 干燥、 粉碎， 挑选粒径。 [0007]步骤 （1） 中， 所述惰性气 体为氦气 （He） 、 氖气 （Ne） 、 氩气 （Ar） 、 氪气 （Kr） 、 氙气 （Xe） 、 氮气 （N2） 中的一种； 所述高温预碳化处理是以5℃/min的加热速率为加热至800℃~1500℃， 然后保温燃烧4~10小时。 [0008]步骤 （1） 中， 所述研磨采用球磨机， 球磨的球料比为15~20： 1， 球磨的转速为300~说　明　书 1/3 页 3 CN 114188524 A 3