随着电镀工业发展,电镀企业产生了含有大量中金属的电镀污泥。电镀污泥的随意堆放和填埋处理,会对土壤和水环境造成严重的污染,并且通过生物链富集将进一步危害人体健康。因此如何有效综合处理电镀污泥是一个亟待解决的重大环境问题。目前在处理电镀污泥的物理、化学和生物方法中,将污泥中的重金属分离回收被认为是最为经济有效的方法。另一方面,锂离子电池由于环境友好、循环寿命长,能量密度高等优点,成为了目前重要的储能电池。然而目前商用石墨电极比容量较低,使得锂离子电池越来越难以满足人们的需求,比如无法满足电动汽车及其他同类电子设备的续航需求。因此需要开发具有更高比容量的替代材料,以解决上述问题。锡基材料具有理论比容量高、充电电位低等优点,因此成为潜在的新型锂离子电池负极材料,但是同时锡基材料还存在循环性能与倍率性能差等缺点。本文将电镀污泥中的Sn高值化回收利用制备高性能锂离子电池负极材料,并对复合材料的储锂性能进行深入研究。重要研究内容与创新点如下:(1)以电镀污泥中的锡作为高性能锡基锂离子负极材料的来源,枯草芽孢杆菌为锡的载体。结合X射线粉末衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、比表面积分析仪(BET)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)等对复合材料进行详细的物理化学表征。并且对Sn@C复合材料的储锂性能进行深入的研究,研究发现当Sn@C用作锂离子电池负极材料时,Sn@C展示出了长的循环寿命(在1 A/g电流密度之下,循环1500圈后,可逆比容量稳定在560mAh/g以上)和优异的倍率性能(在电流密度为5A/g之下,可逆比容量仍然保持在380mAh/g以上)。利用原位TEM对复合材料优异的循环稳定性进行表征,发现在充放电循环中锡纳米颗粒的体积膨胀十分地显著,但是源自于细菌的碳基质材料仍然能够很好地缓冲锡纳米颗粒体积膨胀所带来的机械应力,并且维持复合材料的杆状形貌不发生形变。此外,复合材料如此优异的电化学性能主要归因于以下三个独特性质。1、超小锡纳米颗粒(约10nm)。2、在碳基质中分布均匀的锡纳米颗粒。3、氮、磷共掺杂的碳基质材料。(2)选用可以大规模培养的小球藻替代枯草芽孢杆菌回收电镀污泥中的锡制备锂离子电池负极材料。将小球藻作为规模化放大实验的原料,期望可以将电镀污泥高值化利用的策略扩大到实际的生产应用中。本章所制备复合材料Sn-C具有以下三个独特性质。1、制备方法简单,材料来源广泛易得。2、微纳复合结构的锡碳复合材料。3、氮、磷共掺杂的碳基质材料。作为锂离子电池负极材料,复合材料在电流密度为1 A/g之下,循环500次后,拥有约580mAh/g的可逆容量,库伦效率保持接近100%,展现优异的电化学性能。(3)通过聚二烯二甲基氯化铵(PDDA)对细菌纤维素进行改性,负载强碱溶液溶出的锡酸根。并将复合材料Sn@PBC制备成锂离子电池负极材料,对其电化学性能进行研究。复合材料Sn@PBC作为锂离子电池负极材料,在电流密度为1 A/g之下,循环2000次后,拥有约590mAh/g的可逆容量,展现出优异的电化学性能。