一种电池阳极材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种电池阳极材料的制备方法，属于化学合成领域。本发明采用天然散叶甘蓝为主要原料，首先进行人工的清洗除杂，粉碎后提纯分离其中的有效成分芸苔葡萄糖苷酯，经过黑芥子酶的降解作用后，生成一系列有机物，提纯分离并且精制其中的有效成分吲哚乙酸，用浓盐酸作为沉淀剂，使吲哚乙酸结晶后析出，经洗涤干燥后制成吲哚乙酸晶体，再将吲哚乙酸晶体溶于氯仿中，利用无水氯化铁作为催化剂，在密闭、无水、无氧环境中，加热聚合，生成聚吲哚，再经过滤洗涤干燥，得到棕色粉末状电池扬极材料聚吲哚，本发明采用天然散叶甘蓝的叶片为原料，无毒环保而且成本低，后期回收处理可使用微生物降解。
【专利说明】
一种电池阳极材料的制备方法
技术领域
[0001]本发明公开了一种电池阳极材料的制备方法，属于化学合成领域。
【背景技术】
[0002]近年来，国家开始提倡低碳环保出行，大力扶持新能源汽车的发展，但是其电池材料一直是制约其高速发展的瓶颈，现常规使用的都是以钴酸锂或者其改性物质为电池阳极材料，成本较高，合成条件苛刻，而且有毒，对于后期回收处理工艺要求也很复杂，所以急需需找一种高电流密度，高功率，可重复充放电的阳极替代材料。
[0003]十字花科植物中，甘蓝型油菜中含有丰富的硫代葡萄糖苷酯，其中散叶甘蓝便是其中一种，其叶片中含有丰富的芸苔葡萄糖苷酯，经降解后可生成吲哚乙酸，再经聚合后可生成具有非常优异的电化学性能的聚吲哚乙酸，最终制成的电池的体积比和质量比能量等各项参数均优越于常规电池。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题:针对目前锂电池阳极材料制备过程中出现的，材料成本高，而且有毒，合成条件苛刻，后期的回收处理工艺要求复杂的问题，提供了一种电池阳极材料的制备方法，本发明采用天然散叶甘蓝为主要原料，首先进行人工的清洗除杂，粉碎后提纯分离其中的有效成分芸苔葡萄糖苷酯，经过黑芥子酶的降解作用后，生成一系列有机物，提纯分离并且精制其中的有效成分吲哚乙酸，用浓盐酸作为沉淀剂，使吲哚乙酸结晶后析出，经洗涤干燥后制成吲哚乙酸晶体，再将吲哚乙酸晶体溶于氯仿中，利用无水氯化铁作为催化剂，在密闭、无水、无氧环境中，加热聚合，生成聚吲哚，再经过滤洗涤干燥，得到棕色粉末状电池扬极材料聚吲哚，本发明采用天然散叶甘蓝的叶片为原料，无毒环保而且成本低，后期回收处理可使用微生物降解。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
(1)称取500?800g新鲜散叶甘蓝叶，经过人工挑拣除杂后，放入清水中反复清洗I?3次，去除散叶甘蓝叶表面残留的污物后，放入组织粉碎机中进行粉碎，粉碎成为I X I?2 X2cm碎片，再将粉碎后的散叶甘蓝叶碎片均匀平铺于菠萝筛中，放于太阳下暴晒6?8h，收集暴晒后的散叶甘蓝叶碎片，置于2L烧杯中；
(2)量取800?100mL质量浓度为90%的乙醇溶液，加入上述步骤I所述烧杯中，与散叶甘蓝叶碎片混合均匀后，加入装有回流冷凝管的密闭容器中，加热回流3?5h，过滤除去滤渣，得滤液，即散叶甘蓝叶粗提物，该粗提物为芸苔葡萄糖苷酯；
(3)将上述所得散叶甘蓝叶粗提物加入烧杯中，用恒温水浴锅加热至40?60°C，启动搅拌电机，调节搅拌转速为200?300r/min，保持恒温不变，在搅拌作用下，加入黑芥子酶10?20g，搅拌反应2?4h后，抽滤分离，得滤液；
(4)将上述所得滤液用自来水冷却至20?30°C，滴加质量浓度为30?35%浓盐酸，直至晶体完全析出，抽滤分离，得沉淀物，用去离子水将沉淀物洗涤3?5次，再移入烘箱中，在105?110°C条件下，干燥I?2h后，得到无色晶体，即为吲哚乙酸晶体，将晶体避光保存备用；
(5)在一密闭容器中依次加入20?40g上述步骤所得卩引噪乙酸晶体和5?1g无水氯化铁，置于恒温水浴锅中，加热至40?50°C，启动搅拌电机，调节搅拌转速为100?200r/min，搅拌30?60min，待其完全溶解，并以500?700L/h速率向密闭容器中通入高纯氮气30?60min；
(6)量取氯仿40?60mL，并用干燥的纯氮气脱气处理10?20min后，移入恒压滴定漏斗中，在保持恒温和搅拌速率不变条件下，缓慢滴入密闭容器中，控制在4?5h内滴加完毕；
(7)滴加完毕后，继续搅拌反应I?2h，过滤，得到滤渣，用去离子水洗涤3?5次，将洗涤后的滤渣放入真空干燥箱中，在90?95°C条件下，干燥4?5h，得到棕色粉末，即为一种电池阳极材料聚吲哚乙酸。
[0006]本发明的应用方法:称取20?30g本发明制得的聚吲哚为活性材料，与70?80g乙炔黑混合后，加入5?8ml聚四氟乙烯乳液作为粘结剂，制成锂电池阳极，负极可用锂离子电池的负极，在电池循环寿命测试中，循环30000?32000次后，容量只衰减到起始容量的90%，表明该电池具有非常优良的循环特性，在电池储存75?80天后，电池的剩余容量仍然有起始容量的80?85%，表明电池具有很好的储存性能，自放电率较低。
[0007]本发明的有益效果是:
(I)采用纯天然植物提取物为原料，取代常用的钴酸锂，绿色环保，成本低廉；
(2 )采用本发明合成的材料制成的电池，电流密度是普通电池的1?20倍，功率高，具有优异的循环寿命并且能够大电流充放电。
【具体实施方式】
[0008]称取500?800g新鲜散叶甘蓝叶，经过人工挑拣除杂后，放入清水中反复清洗I?3次，去除散叶甘蓝叶表面残留的污物后，放入组织粉碎机中进行粉碎，粉碎成为I X I?2 X2cm碎片，再将粉碎后的散叶甘蓝叶碎片均匀平铺于菠萝筛中，放于太阳下暴晒6?8h，收集暴晒后的散叶甘蓝叶碎片，置于2L烧杯中；量取800?100mL质量浓度为90%的乙醇溶液，加入上述步骤所述烧杯中，与散叶甘蓝叶碎片混合均匀后，加入装有回流冷凝管的密闭容器中，加热回流3?5h，过滤除去滤渣，得滤液，即散叶甘蓝叶粗提物，该粗提物为芸苔葡萄糖苷酯;将上述所得散叶甘蓝叶粗提物加入烧杯中，用恒温水浴锅加热至40?60°C，启动搅拌电机，调节搅拌转速为200?300r/min，保持恒温不变，在搅拌作用下，加入黑芥子酶10?20g，搅拌反应2?4h后，抽滤分离，得滤液;将上述所得滤液用自来水冷却至20?30°C，滴加质量浓度为30?35%浓盐酸，直至晶体完全析出，抽滤分离，得沉淀物，用去离子水将沉淀物洗涤3?5次，再移入烘箱中，在105?110°C条件下，干燥I?2h后，得到无色晶体，即为吲哚乙酸晶体，将晶体避光保存备用；在一密闭容器中依次加入20?40g上述步骤所得吲哚乙酸晶体和5?1g无水氯化铁，置于恒温水浴锅中，加热至40?50°C，启动搅拌电机，调节搅拌转速为100?200r/min，搅拌30?60min，待其完全溶解，并以500?700L/h速率向密闭容器中通入高纯氮气30?60min;量取氯仿40?60mL，并用干燥的纯氮气脱气处理10?20min后，移入恒压滴定漏斗中，在保持恒温和搅拌速率不变条件下，缓慢滴入密闭容器中，控制在4?5h内滴加完毕;滴加完毕后，继续搅拌反应I?2h，过滤，得到滤渣，用去离子水洗涤3?5次，将洗涤后的滤渣放入真空干燥箱中，在90?95°C条件下，干燥4?5h，得到棕色粉末，SP为一种电池阳极材料聚吲哚乙酸。
[0009]实例I
称取500g新鲜散叶甘蓝叶，经过人工挑拣除杂后，放入清水中清洗I次，去除散叶甘蓝叶表面残留的污物后，放入组织粉碎机中进行粉碎，粉碎成为I X Icm碎片，再将粉碎后的散叶甘蓝叶碎片均匀平铺于菠萝筛中，放于太阳下暴晒6h，收集暴晒后的散叶甘蓝叶碎片，置于2L烧杯中；量取800mL质量浓度为90%的乙醇溶液，加入上述步骤所述烧杯中，与散叶甘蓝叶碎片混合均匀后，加入装有回流冷凝管的密闭容器中，加热回流3h，过滤除去滤渣，得滤液，即散叶甘蓝叶粗提物，该粗提物为芸苔葡萄糖苷酯;将上述所得散叶甘蓝叶粗提物加入烧杯中，用恒温水浴锅加热至40°C，启动搅拌电机，调节搅拌转速为200r/min，保持恒温不变，在搅拌作用下，加入黑芥子酶1g，搅拌反应2h后，抽滤分离，得滤液;将上述所得滤液用自来水冷却至20°C，滴加质量浓度为30%浓盐酸，直至晶体完全析出，抽滤分离，得沉淀物，用去离子水将沉淀物洗涤3次，再移入烘箱中，在105°C条件下，干燥Ih后，得到无色晶体，SP为吲哚乙酸晶体，将晶体避光保存备用；在一密闭容器中依次加入20g上述步骤所得吲哚乙酸晶体和5g无水氯化铁，置于恒温水浴锅中，加热至40°C，启动搅拌电机，调节搅拌转速为100r/min，搅拌30min，待其完全溶解，并以500L/h速率向密闭容器中通入高纯氮气30min;量取氯仿40mL，并用干燥的纯氮气脱气处理1min后，移入恒压滴定漏斗中，在保持恒温和搅拌速率不变条件下，缓慢滴入密闭容器中，控制在4h内滴加完毕;滴加完毕后，继续搅拌反应lh，过滤，得到滤渣，用去离子水洗涤3次，将洗涤后的滤渣放入真空干燥箱中，在90°C条件下，干燥4h，得到棕色粉末，即为一种电池阳极材料聚吲哚乙酸。
[0010]本发明的应用方法:称取20g本发明制得的聚吲哚为活性材料，与70g乙炔黑混合后，加入5ml聚四氟乙烯乳液作为粘结剂，制成锂电池阳极，负极可用锂离子电池的负极，在电池循环寿命测试中，循环30000次后，容量只衰减到起始容量的90%，表明该电池具有非常优良的循环特性，在电池储存75天后，电池的剩余容量仍然有起始容量的85%，表明电池具有很好的储存性能，自放电率较低。
[0011]实例2
称取600g新鲜散叶甘蓝叶，经过人工挑拣除杂后，放入清水中反复清洗2次，去除散叶甘蓝叶表面残留的污物后，放入组织粉碎机中进行粉碎，粉碎成为1.5X1.5cm碎片，再将粉碎后的散叶甘蓝叶碎片均匀平铺于菠萝筛中，放于太阳下暴晒7h，收集暴晒后的散叶甘蓝叶碎片，置于2L烧杯中；量取900mL质量浓度为90%的乙醇溶液，加入上述步骤所述烧杯中，与散叶甘蓝叶碎片混合均匀后，加入装有回流冷凝管的密闭容器中，加热回流4h，过滤除去滤渣，得滤液，即散叶甘蓝叶粗提物，该粗提物为芸苔葡萄糖苷酯;将上述所得散叶甘蓝叶粗提物加入烧杯中，用恒温水浴锅加热至50°C，启动搅拌电机，调节搅拌转速为250r/min，保持恒温不变，在搅拌作用下，加入黑芥子酶15g，搅拌反应3h后，抽滤分离，得滤液;将上述所得滤液用自来水冷却至25°C，滴加质量浓度为32%浓盐酸，直至晶体完全析出，抽滤分离，得沉淀物，用去离子水将沉淀物洗涤4次，再移入烘箱中，在108°C条件下，干燥1.5h后，得到无色晶体，即为吲哚乙酸晶体，将晶体避光保存备用；在一密闭容器中依次加入30g上述步骤所得吲哚乙酸晶体和Sg无水氯化铁，置于恒温水浴锅中，加热至45°C，启动搅拌电机，调节搅拌转速为150r/min，搅拌45min，待其完全溶解，并以600L/h速率向密闭容器中通入高纯氮气45min;量取氯仿50mL，并用干燥的纯氮气脱气处理15min后，移入恒压滴定漏斗中，在保持恒温和搅拌速率不变条件下，缓慢滴入密闭容器中，控制在4.5h内滴加完毕;滴加完毕后，继续搅拌反应1.5h，过滤，得到滤渣，用去离子水洗涤4次，将洗涤后的滤渣放入真空干燥箱中，在92°C条件下，干燥4.5h，得到棕色粉末，即为一种电池阳极材料聚B引哚乙酸。
[0012]本发明的应用方法:称取25g本发明制得的聚吲哚为活性材料，与75g乙炔黑混合后，加入6ml聚四氟乙烯乳液作为粘结剂，制成锂电池阳极，负极可用锂离子电池的负极，在电池循环寿命测试中，循环31000次后，容量只衰减到起始容量的85%，表明该电池具有非常优良的循环特性，在电池储存78天后，电池的剩余容量仍然有起始容量的82%，表明电池具有很好的储存性能，自放电率较低。
[0013]实例3
称取800g新鲜散叶甘蓝叶，经过人工挑拣除杂后，放入清水中反复清洗3次，去除散叶甘蓝叶表面残留的污物后，放入组织粉碎机中进行粉碎，粉碎成为2 X 2cm碎片，再将粉碎后的散叶甘蓝叶碎片均匀平铺于菠萝筛中，放于太阳下暴晒8h，收集暴晒后的散叶甘蓝叶碎片，置于2L烧杯中；量取100mL质量浓度为90%的乙醇溶液，加入上述步骤所述烧杯中，与散叶甘蓝叶碎片混合均匀后，加入装有回流冷凝管的密闭容器中，加热回流5h，过滤除去滤渣，得滤液，即散叶甘蓝叶粗提物，该粗提物为芸苔葡萄糖苷酯;将上述所得散叶甘蓝叶粗提物加入烧杯中，用恒温水浴锅加热至60°C，启动搅拌电机，调节搅拌转速为300r/min，保持恒温不变，在搅拌作用下，加入黑芥子酶20g，搅拌反应4h后，抽滤分离，得滤液;将上述所得滤液用自来水冷却至30°C，滴加质量浓度为35%浓盐酸，直至晶体完全析出，抽滤分离，得沉淀物，用去离子水将沉淀物洗涤5次，再移入烘箱中，在110°C条件下，干燥2h后，得到无色晶体，即为吲哚乙酸晶体，将晶体避光保存备用；在一密闭容器中依次加入40g上述步骤所得吲哚乙酸晶体和1g无水氯化铁，置于恒温水浴锅中，加热至50°C，启动搅拌电机，调节搅拌转速为200r/min，搅拌60min，待其完全溶解，并以700L/h速率向密闭容器中通入高纯氮气60min ；量取氯仿60mL，并用干燥的纯氮气脱气处理20min后，移入恒压滴定漏斗中，在保持恒温和搅拌速率不变条件下，缓慢滴入密闭容器中，控制在5h内滴加完毕;滴加完毕后，继续搅拌反应2h，过滤，得到滤渣，用去离子水洗涤5次，将洗涤后的滤渣放入真空干燥箱中，在95°C条件下，干燥5h，得到棕色粉末，即为一种电池阳极材料聚吲哚乙酸。
[0014]本发明的应用方法:称取30g本发明制得的聚吲哚为活性材料，与SOg乙炔黑混合后，加入8ml聚四氟乙烯乳液作为粘结剂，制成锂电池阳极，负极可用锂离子电池的负极，在电池循环寿命测试中，循环32000次后，容量只衰减到起始容量的90%，表明该电池具有非常优良的循环特性，在电池储存80天后，电池的剩余容量仍然有起始容量的80%，表明电池具有很好的储存性能，自放电率较低。
【主权项】
1.一种电池阳极材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为: (1)称取500?800g新鲜散叶甘蓝叶，经过人工挑拣除杂后，放入清水中反复清洗I?3次，去除散叶甘蓝叶表面残留的污物后，放入组织粉碎机中进行粉碎，粉碎成为I X I?2 X2cm碎片，再将粉碎后的散叶甘蓝叶碎片均匀平铺于菠萝筛中，放于太阳下暴晒6?8h，收集暴晒后的散叶甘蓝叶碎片，置于2L烧杯中； (2)量取800?100mL质量浓度为90%的乙醇溶液，加入上述步骤I所述烧杯中，与散叶甘蓝叶碎片混合均匀后，加入装有回流冷凝管的密闭容器中，加热回流3?5h，过滤除去滤渣，得滤液，即散叶甘蓝叶粗提物，该粗提物为芸苔葡萄糖苷酯； (3)将上述所得散叶甘蓝叶粗提物加入烧杯中，用恒温水浴锅加热至40?60°C，启动搅拌电机，调节搅拌转速为200?300r/min，保持恒温不变，在搅拌作用下，加入黑芥子酶10?20g，搅拌反应2?4h后，抽滤分离，得滤液； (4)将上述所得滤液用自来水冷却至20?30°C，滴加质量浓度为30?35%浓盐酸，直至晶体完全析出，抽滤分离，得沉淀物，用去离子水将沉淀物洗涤3?5次，再移入烘箱中，在105?110°C条件下，干燥I?2h后，得到无色晶体，即为吲哚乙酸晶体，将晶体避光保存备用； (5)在一密闭容器中依次加入20?40g上述步骤所得Π引噪乙酸晶体和5?IOg无水氯化铁，置于恒温水浴锅中，加热至40?500C，启动搅拌电机，调节搅拌转速为100?200r/min，搅拌30?60min，待其完全溶解，并以500?700L/h速率向密闭容器中通入高纯氮气30?60min ； (6)量取氯仿40?60mL，并用干燥的纯氮气脱气处理10?20min后，移入恒压滴定漏斗中，在保持恒温和搅拌速率不变条件下，缓慢滴入密闭容器中，控制在4?5h内滴加完毕； (7)滴加完毕后，继续搅拌反应I?2h，过滤，得到滤渣，用去离子水洗涤3?5次，将洗涤后的滤渣放入真空干燥箱中，在90?95°C条件下，干燥4?5h，得到棕色粉末，即为一种电池阳极材料聚吲哚乙酸。
【文档编号】H01M10/0525GK105914373SQ201610246385
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】潘艳丽, 许博伟
【申请人】常州达奥新材料科技有限公司