一种硬炭前驱体、软硬炭复合材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种硬炭前驱体、软硬炭复合材料及其制备方法、应用。本发明专利技术提供的硬炭前驱体的制备方法包括如下步骤：将沥青A与氧化剂、分散剂的混合物，经氧化反应制得，所述硬炭前驱体的粒径为6

【技术实现步骤摘要】
一种硬炭前驱体、软硬炭复合材料及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及一种硬炭前驱体、软硬炭复合材料及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]近年来，科研工作者已经研发了大量的碳基负极材料，比如：软炭、硬炭，杂原子掺杂的炭材料，各种微观形貌的炭等。但是这些炭基材料往往难以同时实现高的比容量、高的首效、良好的长循环性能以及优异的倍率性能。
[0003]软炭导电性好、倍率性能好，但是比容量低。而硬炭材料表面疏松多孔，易吸附空气中的水分和氧气，在表面形成各种C
‑
H官能团，锂离子易与这些官能团反应，造成锂离子的损耗，增大了不可逆容量，降低了首次效率，进而阻碍了它们的广泛应用。软炭、硬炭以及杂原子掺杂的碳材料，各有各的优缺点。
[0004]硬炭和软炭组成的复合材料，既保持了两种碳的优点，又减少了两种炭的缺点。软炭的添加阻塞了硬炭的部分孔洞，从而将电解液和孔洞有效分离，抑制了锂在孔洞内因SEI膜形成而不断产生不可逆消耗，提高了电池的循环稳定性。但是如何采用一种简易的方法达到两种碳材料优势的优异协同作用，还是一个挑战。现有的制备软硬炭复合材料的方法一般较复杂，周期长，不利于规模化生产，或者制备得到的材料振实偏低导致容量低、或比表面积偏大加剧电池在首次循环时电极液的分解，易形成SEI膜，造成较低的首次库伦效率。
[0005]例如：中国专利技术专利申请(公布号CN111900400A)公开了一种锂离子电池用软炭包覆硬炭负极材料的制备方法，其采用乌洛托品作为固化剂与酚醛树脂制备硬炭前驱体，乌洛托品的加入会提高材料机械强度，导致不易制粉，不适合大规模生产，且热压固化、焙烧后易成多孔碳，收率比较低。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中软硬炭复合材料的制备方法复杂或难以实现软炭和硬炭优异协同作用的缺陷，提供一种硬炭前驱体、软硬炭复合材料及其制备方法、应用。本专利技术提供的制备方法简单、成本低、易于实现规模化工业生产；将其与软炭前驱体制得的软硬炭复合材料具有振实高、首次库伦效率以及倍率性能较好的优点。
[0007]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题。
[0008]一种硬炭前驱体的制备方法，其包括如下步骤：将沥青A与氧化剂、分散剂的混合物，经氧化反应制得，所述硬炭前驱体的粒径为6
‑
12μm；
[0009]其中，所述沥青A的粒径为5
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10μm；所述氧化剂选自H2O2、或H2O2和P2O5的组合、或者浓H2SO4和浓HNO3的组合。
[0010]本专利技术中，所述沥青A较佳地选自煤系沥青和/或石油沥青，所述沥青A的软化点较佳地为180
‑
280℃，例如180、250或280℃。
[0011]本专利技术中，所述沥青A的粒径较佳地为6
‑
8μm，例如7μm。
[0012]本专利技术中，所述沥青A较佳地为经粉碎后得到的沥青。
[0013]其中，所述粉碎的操作可为本领域常规的粉碎操作。所述粉碎使用的设备可为本领域常规的粉碎设备，例如机械磨粉碎机、气流磨粉碎机或者低温粉碎机，较佳地为低温粉碎机。
[0014]本专利技术中，所述氧化剂较佳地为H2O2和P2O5的组合或者浓H2SO4和浓HNO3的组合。
[0015]其中，当所述氧化剂为H2O2和P2O5的组合时，H2O2和P2O5的质量比较佳地为(1
‑
2):1，例如1：1。
[0016]其中，当所述氧化剂为浓H2SO4和浓HNO3的组合时，浓H2SO4和浓HNO3的质量比较佳地为1:1。
[0017]本专利技术中，所述氧化剂与所述沥青A的质量比较佳地为(0.1
‑
0.3):1，例如0.15:1或0.2:1。
[0018]本专利技术中，所述分散剂可为本领域常规的分散剂，例如水或酒精，更佳地为水。
[0019]本专利技术中，所述分散剂的用量可为本领域常规的分散剂的用量，实现将物料分散的作用。较佳地，所述分散剂与所述沥青A的质量比为1：(0.5
‑
0.55)，例如1:0.53。
[0020]本专利技术中，在进行所述氧化反应时，较佳地包括搅拌的步骤，所述搅拌的操作可为本领域常规的搅拌的操作，至所述混合物均匀即可。
[0021]本专利技术中，在所述氧化反应之后，较佳地还包括干燥的步骤，所述干燥的方式可为本领域常规的干燥的方式，例如为真空干燥或鼓风干燥；所述干燥的温度可为本领域常规的干燥温度，例如80
‑
100℃；所述干燥的时间可为本领域常规的干燥的时间，例如为8
‑
10h。
[0022]本专利技术中，在所述氧化反应之后，较佳地还包括粉碎的步骤。所述粉碎的方式可为本领域常规的粉碎的方式。
[0023]本专利技术中，所述硬炭前驱体的粒径较佳地为6
‑
8μm。
[0024]本专利技术还提供一种由前述硬炭前驱体的制备方法制备得到的硬炭前驱体。
[0025]本专利技术还提供一种软硬炭复合材料的制备方法，其包括如下步骤：将软炭前驱体与前述硬炭前驱体的混合物，经热处理，碳化处理，即得。
[0026]本专利技术中，所述软炭前驱体可为本领域常规的软炭前驱体，较佳地为沥青B。其中，所述沥青B较佳地与所述沥青A相同。
[0027]本专利技术中，所述硬炭前驱体与所述软炭前驱体的质量比较佳地为1:(0.05
‑
0.3)，更佳地为1:(0.05
‑
0.2)，例如1:0.05、1:0.1或1:0.2。
[0028]本专利技术中，所述热处理的温度可为本领域常规的热处理的温度，较佳地为400
‑
650℃，例如500或600℃。
[0029]本专利技术中，所述热处理的时间较佳地为1
‑
6h，例如2h。
[0030]本专利技术中，所述热处理的设备可为本领域常规的用于热处理的设备，例如VC机(高效混合机)。
[0031]本专利技术中，所述碳化处理的温度可为本领域常规的碳化处理的温度，较佳地为900
‑
1300℃，例如900、1000或1300℃。
[0032]本专利技术中，所述碳化处理的时间较佳地为2
‑
6h，例如2或4h。
[0033]本专利技术中，所述碳化处理的设备可为本领域常规用于碳化的设备，例如管式炉、箱式炉、推板窑或辊道窑。
[0034]在本专利技术的一个较佳实施方案中，所述软硬炭复合材料的制备方法包括如下步骤：
[0035](1)将粒径为5
‑
10μm的所述沥青A与氧化剂、分散剂的混合物，经搅拌、干燥、粉碎后得到粒径为6
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12μm的所述硬炭前驱体；
[0036](2)将所述硬炭前驱体和所述软炭前驱体按照质量比为1:(0.05～0.3)混合，经热处理、炭化处理后，即得。
[0037]本专利技术还提供一种前述制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬炭前驱体的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：将沥青A与氧化剂、分散剂的混合物，经氧化反应制得，所述硬炭前驱体的粒径为6
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12μm；其中，所述沥青A的粒径为5
‑
10μm；所述氧化剂选自H2O2、或H2O2和P2O5的组合、或者浓H2SO4和浓HNO3的组合。2.如权利要求1所述的硬炭前驱体的制备方法，其特征在于，所述沥青A选自煤系沥青和/或石油沥青，所述沥青A的软化点较佳地为180
‑
280℃，例如180、250或280℃；和/或，所述沥青A的粒径为6
‑
8μm，例如7μm；和/或，所述沥青A为经粉碎后得到的沥青；其中，所述粉碎使用的设备可为机械磨粉碎机、气流磨粉碎机或者低温粉碎机，较佳地为低温粉碎机；和/或，所述氧化剂为H2O2和P2O5的组合或者浓H2SO4和浓HNO3的组合；其中，当所述氧化剂为H2O2和P2O5的组合时，H2O2和P2O5的质量比较佳地为(1
‑
2):1，例如1：1；其中，当所述氧化剂为浓H2SO4和浓HNO3的组合时，浓H2SO4和浓HNO3的质量比较佳地为1:1；和/或，所述氧化剂与所述沥青A的质量比为(0.1
‑
0.3):1，例如0.15:1或0.2:1；和/或，所述分散剂为水或酒精，较佳地为水；和/或，所述分散剂与所述沥青A的质量比为1：(0.5
‑
0.55)，例如1:0.53；和/或，在进行所述氧化反应时，包括搅拌的步骤；和/或，在所述氧化反应之后，还包括干燥的步骤，所述干燥的方式为真空干燥或鼓风干燥；所述干燥的温度可为80
‑
100℃；所述干燥的时间可为8
‑
10h；和/或，在所述氧化反应之后，还包括粉碎的步骤；和/或，所述硬炭前驱体的粒径较佳地为6
‑
8μm。3.一种由如权利要求1或2所述的硬炭前驱体的制备方法制备得到的硬炭前驱体。4.一种软硬炭复合材料的制备方法，其特征在于，其包括如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：范拯华，张秀云，沈龙，陈兵帅，王晓阳，
申请(专利权)人：宁波杉杉新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：