一种电池负极碳材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种电池负极碳材料的制备方法及其应用，本发明专利技术提供的电池负极碳材料的制备方法，包括如下步骤：将沥青粉末:聚合物材料按照100:1

【技术实现步骤摘要】
一种电池负极碳材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，具体涉及一种电池负极碳材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]碳是自然界中含量最丰富的元素之一，是整个有机化学的基础。凭借优异的化学稳定性、良好的导电性、大的比表面积和独特的孔隙率等有利特性，碳材料在广泛的电池储能技术中用作电极材料的历史悠久。
[0003]用作电极的碳材料可以通过直接的转化反应轻松且廉价地生产，比如沥青是一种生产碳材料的前驱体，它是原油蒸馏或煤炼焦加工过程中产生的较为难处理的副产物，目前沥青作为石墨化碳前驱体在锂离子电池负极材料领域已有相关的研究和应用。另一方面，借鉴Li
+
在碳材料的嵌入后带来锂离子电池的迅速出现和发展，激发了在碳材料上嵌入阳离子插层化学(例如Na
+
、K
+
、Mg
+
等)的探索。
[0004]然而，由于电荷载流子和电解质的不同物理和化学特征，碳材料中Na
+
、K
+
、Mg
+
等嵌入行为已被证明与Li+嵌入过程有很大不同。因此，根据这些阳离子特征对沥青制备碳材料的生产工艺进行专门设计，从而有效控制碳晶面间距间距并有针对性地应用于各类阳离子电池的工艺技术是促进Na
+
、K
+
、Mg
+
电池得到发展的基础。
[0005]常规预处理手段是将沥青对进行浸渍与包覆，球化原材料，这些处于手段对沥青本身的石墨化情况并没有抑制作用，因此，对沥青制备的碳材料的电化学性能并没有本质上的改进，不足以将沥青作为主体材料制备为适合Na
+
、K
+
、Mg
+
电池使用的碳材料，特别是钠离子电池需要的硬碳材料，要求较高，常规处理手段制备的碳材料达不到钠离子电池所需要的硬碳材料的要求。因此，需要对沥青制备碳材料的技术进行深入分析，获得将沥青制备为专门适用于Na
+
、K
+
、Mg
+
电池的碳材料。

技术实现思路

[0006]为了解决以上问题，本专利技术提出一种电池负极碳材料的制备方法及其应用。
[0007]本专利技术提供的电池负极碳材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1)：将沥青放入球磨机中进行球磨，球磨时间为2
‑
6h，得到沥青粉末，球磨后沥青粉末直径为2
‑
10μm；
[0009]步骤2)：将步骤1)所得沥青粉末:聚合物材料按照100:1
‑
10的重量比溶解于磷酸三乙脂溶液中，固液质量比为1:2
‑
5，然后放于球磨机中进行湿磨共溶，得到混合浆料；
[0010]步骤3)：将步骤2)所得混合浆料放入管式炉中进行热结合；热结合温度为220℃
‑
400℃，热结合气氛为空气，热结合时间为3
‑
24h，得到热混材料；
[0011]步骤4)：将步骤3)所得热混材料在惰性气体中进行高温碳化得到碳材料，碳化温度为800
‑
1600℃，热解时间为2
‑
12h；
[0012]所述聚合物材料为含氟聚合物、含氧芳烃聚合物、含氧多糖聚合物其中的一种或
几种；
[0013]所述沥青为石油沥青、煤焦沥青、天然沥青中的一种或几种。
[0014]进一步，所述含氟聚合物为聚偏二氟乙烯。
[0015]进一步，所述含氧芳烃聚合物为环氧树脂或酚醛树脂。
[0016]进一步，所述含氧多糖聚合物为乙酸纤维素或硝酸纤维素。
[0017]进一步，所述惰性气体为氮气、氩气、二氧化碳其中之一。
[0018]进一步，步骤2)所述沥青粉末:聚偏二氟乙烯按照100:1
‑
3的重量比溶解于磷酸三乙脂溶液中，固液质量比为1:2
‑
3，步骤3)所述热结合温度为250℃
‑
300℃，步骤4)所述碳化温度为1400℃，热解时间为6h，制备获得的碳材料应用于钠离子电池中。
[0019]进一步，所述含氧芳烃聚合物为环氧树脂或酚醛树脂时制备获得的碳材料应用于锂离子电池中。
[0020]进一步，当所述含氧多糖聚合物为乙酸纤维素时，制备获得的碳材料应用于钾离子电池中；当当所述含氧多糖聚合物为硝酸纤维素时，制备获得的碳材料应用于镁离子电池中。
[0021]优选地，步骤2)所述沥青粉末:聚偏二氟乙烯按照100:3的重量比溶解于磷酸三乙脂溶液中，固液质量比为1:2，步骤3)所述热结合温度为300℃。
[0022]本专利技术的有益效果如下：
[0023]本专利技术提出的将沥青制备为适用于各类电池的碳材料的方法称为热结合共熔法，较其他常规方法而言具有的优势在于：
[0024](1)通过本专利技术的热结合共熔法能够直接以沥青作为主前驱体有针对性地制备各类碳材料应用于各类电池体系；根据本专利技术所制造的碳材料可以进行结构定制以应用于众多可充电储能技术；在众多阳离子电池领域中展现巨大的应用潜力。
[0025](2)采用本专利技术的热结合共熔法制备的碳材料在钠离子电池应用中表现出极其优异的电化学性能，具有广阔的市场前景。
附图说明
[0026]图1是实施例1制备的碳材料的SEM图；
[0027]图2是实施例1制备的碳材料的XRD图；
[0028]图3是实施例1中钠离子电池的首次充放电曲线图；
[0029]图4是实施例1中钠离子的循环性能和库仑效率曲线图；
[0030]图5是实施例2中锂离子电池的首次充放电曲线图；
[0031]图6是实施例2中锂离子的循环性能和库仑效率曲线图。
[0032]图7是对比例1制备的碳材料的SEM图
[0033]图8是对比例1中钠离子的循环性能和库仑效率曲线图；
[0034]图9是对比例3制备的碳材料的SEM图
[0035]图10是对比例3中钠离子的循环性能和库仑效率曲线图；
具体实施方式
[0036]以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。
[0037]实施例1：最优化实例应用于钠离子电池
[0038]1.将10g石油沥青放入球磨机中进行球磨，得到沥青粉末；球磨时间为3h，球磨后沥青粉末直径为5μm；
[0039]2.将步骤1)所得10g沥青粉末与0.1g聚偏二氟乙烯粉末按照100:1的重量比溶解于20mL磷酸三乙脂溶液中，然后放于球磨机中进行湿磨共溶，得到混合浆料；
[0040]3.将步骤2)所得的混合浆料放入管式炉中进行热结合，热结合温度为300℃，热结合的气氛为空气，热结合时间为6h，得到热混材料；
[0041]4.将步骤3)所得的热混材料在惰性气体中进行高温碳化得到碳材料(见图1和图2)，碳化温度为1400℃，热解时间为6h；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池负极碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1）：将沥青放入球磨机中进行球磨，球磨时间为2
‑
6h，得到沥青粉末，球磨后沥青粉末直径为2
‑
10μm；步骤2）：将步骤1）所得沥青粉末:聚合物材料按照100:1
‑
10的重量比溶解于磷酸三乙脂溶液中，固液质量比为1:2
‑
5，然后放于球磨机中进行湿磨共溶，得到混合浆料；步骤3）：将步骤2）所得混合浆料放入管式炉中进行热结合；热结合温度为220℃
‑
400℃，热结合气氛为空气，热结合时间为3
‑
24h，得到热混材料；步骤4）：将步骤3）所得热混材料在惰性气体中进行高温碳化得到碳材料，碳化温度为800
‑
1600℃，热解时间为2
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12h；所述聚合物材料为含氟聚合物、含氧芳烃聚合物、含氧多糖聚合物其中的一种或几种；所述沥青为石油沥青、煤焦沥青、天然沥青中的一种或几种。2.根据权利要求1所述电池负极碳材料的制备方法，其特征在于，所述含氟聚合物为聚偏二氟乙烯。3.根据权利要求1所述电池负极碳材料的制备方法，其特征在于，所述含氧芳烃聚合物为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪，杨文豪，张义永，张英杰，董鹏，赵金保，王飞，游丹，杨春满，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：