一种高容量锂电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池负极材料技术领域，特别是涉及一种高容量锂电池负极材料及其制备方法，包括一种高容量锂电池负极材料和一种高容量锂电池负极材料的制备方法。本发明专利技术通过先用索氏提取器以正己烷为有机溶剂将中温煤沥青中有机物提取出来得到正己烷不溶物,再将提取出来的正己烷不溶物与二甲基硅油以一定比例置于超声波清洗器中搅拌混合均匀，置于高温反应钵中加热至一定温度得到MCMB的悬浮液。再经离心分离，用正己烷溶剂抽提至无色,置于65℃干燥箱中恒温1h，得到MCMB，采用一种MCMB的新型制备方法，打破了传统的热缩聚法，乳液法以及悬浮法，针对了以上三种方法所存在的优缺点，结合了传统热缩聚法与悬浮法。结合了传统热缩聚法与悬浮法。结合了传统热缩聚法与悬浮法。

【技术实现步骤摘要】
一种高容量锂电池负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池负极材料
，特别是涉及一种高容量锂电池负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在锂电池四大材料中，负极材料的技术相对最成熟。通常将锂电池负极材料分为两大类：碳材料和非碳材料。其中碳材料又分为石墨和无定形碳，如天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软炭(如焦炭)和一些硬炭等；其他非碳负极材料有氮化物、硅基材料、锡基材料、钛基材料、合金材料等，目前主要是中间相碳微球(MCMB)、天然石墨(NGR)和硬碳(HC)，MCMB的理论基础为沥青加热到>350℃时，经热解、脱氢、环化、缩聚和芳构化等反应，形成分子量大、热力学稳定的多核芳经化合物的低聚物，并相互堆积、成为两维有序的聚集体，随反应程度的提高，低聚物的分子量和深度增大。由于缩聚分子呈平面状，分子厚度几乎不变。随分子量增加，分子长径比不断增加，当长径比超过(chaoguo)一临界值时，发生相转变，成为有序的片状液晶体，随片状液晶体浓度增加，为使平行排列的平面分子所形成的新相稳定，要求体系表面自由能最小，因而转化为表面体积最小的圆球形。；
[0003]到目前为止，制备MCMB的主要方法是三种:热缩聚法、乳液法、悬浮法。日本KEsumi等人对煤沥青QS组分进行热缩聚后,得到含有中间相小球的沥青,经溶剂分离后只得到中间相沥青小球(QI92.3％，BI97.0％，挥发分17.3％，灰分0.3％，C/H比2.314，直径2
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15u m)。缩聚法具有工序简单、制备条件容易控制、易实现连续生产等优点。但也存在小球尺寸分布宽、形状和尺寸不均匀等问题，由于缩聚过程中要防止小球的融并，因此反应程度不能太高，从而限制了MCMB的收率。1988年日本M Kodama等提出了乳化法制备MCMB，李铁虎等人以石油渣油为原料，采用乳化法来制备MCMB,其基本操作过程与以上方法类似，最终得到圆整度好、收率高、球径分布窄的MCMB；与热缩聚法相比,乳化法制备的MCMB缩聚程度高,内部轻组分含量低,而且杂质少，微球尺寸分布窄,因此可以获得高性能的产物。但乳化法生产工艺复杂繁琐，制备的MCMB必须经过不熔化处理，而且制备过程中存在困难，如中间相均匀研磨,反应过程的控制和MCMB从基质中分离等，SHYoon等人对悬浮法作了深入的研究，通过考察不同悬浮体系(水、甲醇、甘油等)的结果,探讨了中间相沥青成球机理。同乳化法相比，悬浮法由于使用了表面活性剂，能够有效防止中间相小球的凝结和结絮,通过温度和搅拌速度的控制，可以控制中间相小球体的尺寸，但这种方法要求可溶性中间相沥青,而且与乳化法一样，工艺条件控制难度大，中间相沥青微球产物经过不熔化处理,因此还有待进一步完善；
[0004]因此提出一种高容量锂电池负极材料及其制备方法。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种高容量锂电池负极材料及其制备方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种高容量锂电池负极材料，包括中间相炭微球，其特征在于，所述中间相炭微球通过中间相沥青制备得到。
[0007]本专利技术要解决的另一项技术问题是提供一种高容量锂电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1：原料制备；
[0009]S2：形成中间相沥青；
[0010]S3：搅拌加热；
[0011]S4：冷却；
[0012]S5：离心分离；
[0013]S6：静置。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述S1原料制备中的原料为煤沥青、石油沥青、纯芳烃以及共混体其中一种，所述共混体为煤沥青和石油沥青(或纯芳烃)的共混体。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述S2形成中间相沥青中通过控制热聚合反应温度和恒温时间达到以煤沥青为原料制备中间相沥青的效果，通过溶剂抽提法和超临界流体萃取法制备以石油沥青为原料的中间相沥青，以纯芳烃为原料的中间相沥青通过热解直接合成出，通过非均相成核过程来达到以共混体为原料进行中间相沥青制备的效果。
[0016]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述S3搅拌加热是将提取出来的正己烷不溶物与二甲基硅油以一定比例置于超声波清洗器中搅拌混合均匀，置于高温反应釜中加热至一定温度得到MCMB的悬浮液。
[0017]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述S4冷却是将得到MCMB的悬浮液冷却降温准备进行离心。
[0018]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述S5离心分离是将MCMB的悬浮液经离心分离，用正己烷溶剂抽提至无色。
[0019]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述S6静置是将离心分离抽提后的MCMB悬浮液置于65℃干燥箱中恒温1h,得到MCMB。
[0020]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述MCGB制备过程中使用的添加剂包括炭黑和铁的化合物，添加剂的作用是促进中间相小球生成，阻止其融并，通常认为炭黑在中间相初生过程中可以起到成核作用，促进小球生成；在中间相小球长大过程中，一部分炭黑可以附着在中间相小球表面，阻止小球相互融并，添加铁的化合物的作用机理为这类化合物可以溶于液相沥青中，在升高温度时分解成铁粒子，由于铁的高引发性，促使沥青形成芳香族化合物缩聚物，并从各向同性沥青分离出来作为中间相小球生长的晶核，同时铁粉末把小球同母体沥青界面隔离开，防止小球融并，铁还可以与硫反应除去系统中的有害组分硫。
[0021]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述MCGB制备过程中使用的添加剂为微米级别。
[0022]与现有技术相比，本专利技术能达到的有益效果是：
[0023]先用索氏提取器以正己烷为有机溶剂将中温煤沥青中有机物提取出来得到正己烷不溶物,再将提取出来的正己烷不溶物与二甲基硅油以一定比例置于超声波清洗器中搅拌混合均匀，置于高温反应钵中加热至一定温度得到MCMB的悬浮液。再经离心分离，用正己烷溶剂抽提至无色,置于65℃干燥箱中恒温1h，得到MCMB，采用一种MCMB的新型制备方法，
打破了传统的热缩聚法，乳液法以及悬浮法，针对了以上三种方法所存在的优缺点，结合了传统热缩聚法与悬浮法，将煤沥青正己烷不溶物与热稳定介质分散形成悬浮液后置于反应釜中进行反应，对热缩聚法所存在的形状与尺寸分布不均匀以及悬浮法的繁琐工艺进行了优化改善。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的制备流程示意图；
[0025]图2为本专利技术中的中间相炭微球的结构示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术，但下述实施例仅仅为本专利技术的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本专利技术的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高容量锂电池负极材料，包括中间相炭微球，其特征在于，所述中间相炭微球通过中间相沥青制备得到。2.一种高容量锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：原料制备；S2：形成中间相沥青；S3：搅拌加热；S4：冷却；S5：离心分离；S6：静置。3.根据权利要求2所述的一种高容量锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述S1原料制备中的原料为煤沥青、石油沥青、纯芳烃以及共混体其中一种，所述共混体为煤沥青和石油沥青(或纯芳烃)的共混体。4.根据权利要求3所述的一种高容量锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述S2形成中间相沥青中通过控制热聚合反应温度和恒温时间达到以煤沥青为原料制备中间相沥青的效果，通过溶剂抽提法和超临界流体萃取法制备以石油沥青为原料的中间相沥青，以纯芳烃为原料的中间相沥青通过热解直接合成出，通过非均相成核过程来达到以共混体为原料进行中间相沥青制备的效果。5.根据权利要求4所述的一种高容量锂电池负极材料的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭舜，黄春年，李辉，
申请(专利权)人：江西浩然智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：