[发明专利]一种淀粉残渣制备负极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种回收利用淀粉残渣制备负极材料的方法，淀粉残渣经过此方法处理，得到的产物由碳和含钾化合物组成，尺寸大小为微米级。产物按照电池负极材料工艺处理，然后组装成扣式电池，测试结果表明淀粉残渣经由此方法处理得到的产物具有存储电能的性质，用作电池负极展现出良好的电化学性能。回收利用淀粉残渣制备负极材料的方法分为三步：首先，将制备淀粉废弃的淀粉残渣经过烘干去除水分；其次，利用球磨机把烘干后的淀粉残渣球磨成颗粒；最后，高温处理球磨的颗粒得到最终产物。此方法具有简单易操作，效率高，适应各种生物质残余物回收利用的特点；解决了淀粉残渣污染环境的问题，拓展了产物在储能方面的应用，产生一定的经济效益。

技术领域

本发明涉及一类钠二次电池负极材料的制备方法，属于电化学领域。

背景技术

在淀粉生产过程中从富含淀粉的植物中提取淀粉，残余的部分不能再提取淀粉，残余的部分称为淀粉残渣。淀粉残渣主要由水，纤维素，果胶，蛋白质及少量淀粉等构成。从高淀粉含量植物中每提取单位重量的淀粉，至少会产生6倍重量的淀粉残渣。我国对淀粉的需求量很大，生产淀粉过程中废弃的淀粉残渣重量更大。但是，现在对淀粉残渣的回收利用率很低，应用的范围具有局限性，不能快速有效的处理淀粉残渣。数量巨大的淀粉渣堆积成山，不仅会造成资源的浪费，同时也会伴随着淀粉残渣的发酵造成环境污染问题，其一是散发的恶性气味严重影响居民生活，其二是淀粉残渣产生的发酵水严重影响地下水的饮用及附近河流的水质。

顺应国家制定的环境保护重要战略方针，回收利用淀粉残渣用作负极材料，避免了淀粉残渣导致的环境污染问题，同时扩展新能源储能电池负极材料的来源途径。新能源储能锂离子电池从1990商业化以来，发展的势头迅猛，但是锂资源的匮乏以及价格的上涨严重限制了锂离子电池的发展。寻求新的储能体系替代锂离子电池，因为钠元素丰富，价格低廉，最近各国研究的热点集中于钠离子电池的储能研究。碳材料作为钠离子电池负极材料中的一类，因为价格低廉，环境友好，同时展现出优异的电化学性能而备受关注。有很多制备碳材料的方法，其中通过热解生物质材料得到负极材料的研究工作在逐渐的开展。烘干、球磨、热处理的工艺具有操作性强，中间环节不会产生废弃物，回收利用率高的特点，并且适用于其它生物质残余的回收利用工作。淀粉残渣制备成负极材料应用在新能源领域，产生的增值效果明显，一方面能够解决淀粉生产过程中产生的淀粉残渣造成的环境污染问题，另一方面也能实现资源的再利用，真正做到变废为宝，拓展新能源领域发展的新视野。

发明内容

本发明提供一种回收利用淀粉残渣制备负极材料的方法。回收利用淀粉残渣能够解决淀粉残渣堆积过程中产生的环境污染问题；简单的工艺制备成负极材料展现出良好的电化学性能，实现资源的再利用，拓展了负极材料的来源途径，产生一定的经济效益。

本发明的技术方案为：将淀粉生产过程产生的淀粉残渣通过烘干、球磨和热处理等工艺得到最终产物。通过XRD图谱分析可以得到：产物由碳和含钾化合物组成，SEM表征看到产物尺寸介于微米级，大小0.1-500微米，将产物应用于负极材料，装配成扣式半电池。测试结果表明淀粉残渣经过简单的处理后展现出优良的电化学性能。

一种回收利用淀粉残渣制备负极材料的方法：

第一步，将淀粉残渣在空气气氛下烘干处理，烘干温度设置为80-150℃，烘干时间设置为8-24小时。所述的淀粉残渣为土豆淀粉残渣，残渣的主要成分为：水60-68%，粗纤维28-31%，其他为淀粉或蛋白类营养成分，呈现粘稠状。

第二步，将烘干后的淀粉残渣进行机械球磨处理，通过调节球磨转速和球磨时间等工艺参数，将淀粉残渣颗粒的粒径尺寸控制在500微米以内。

第三步，将球磨后的淀粉残渣颗粒置于石英管式炉中，在氮气保护气氛下，在200-350℃的温度下处理1-3个小时，然后在450-650℃温度下处理1-3小时，自然冷却至室温，即得到由淀粉残渣制备的负极材料。