【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种碳前体材料。此外，本专利技术涉及一种用于生产这种碳前体材料的方法。更具体地，本专利技术总体上涉及这种碳前体材料作为涂层材料用于碳涂覆的颗粒的用途，或作为粘合剂和/或浸渍材料在制造电弧炉用石墨电极和铝生产用碳阳极中的用途。此外，本专利技术涉及电极、更具体是电池电极，这些电极包括具有颗粒涂层的电极材料，该颗粒涂层由这种碳前体材料制成。
技术介绍
1、市场上供应的用于锂离子电池的负极材料常规地基于石墨，但也越来越多地基于以下：氧化硅，金属硅，硅合金，以及碳或石墨与基于硅、锡等材料的复合材料。
2、这些负极材料中的许多种都涂覆有碳，使用基于煤焦油和石油的沥青作为前体。已知许多方法来获得合适的涂层。典型地，将涂层施用在电极材料颗粒表面以湿法通过以下步骤进行：将沥青溶解在有机溶剂中，或者将研磨的精细沥青粉末分散在水中，将溶液或悬浮液与颗粒混合，并干燥混合物，之后在惰性气体气氛中在600℃-1300℃的高温下对其进行热处理。还使用干涂方法，其中将精细研磨的沥青与电极材料颗粒混合。然后在惰性气体气氛中加热混合物，以使沥青熔融并形成表面层，最终在高温下将该表面层碳化并石墨化(如需要)。
3、本领域中已知的第一个问题是，常规碳涂层并不总是均匀分布在电极颗粒表面，因此需要相对高量的碳，即需要部分相对厚的碳膜，以完全覆盖降低bet表面积、被电池电解质润湿的电化学活性表面积和电极材料对电解质的反应性所需要的颗粒表面。通过降低电荷损失、改进电池单元安全性和充电/放电循环稳定性，低表面积的碳涂层改进了电极颗粒的
4、第二个问题是源自煤焦油和石化来源的典型沥青含有小颗粒的碳，还含有对所形成的涂层的品质不利的金属杂质。这些颗粒杂质通常以喹啉不溶物(qi含量)的形式测量，这是沥青品质的指示。要获得良好的碳膜品质，qi含量应该是低的。此外，一些金属颗粒杂质(像铁、铜和锌)引起锂离子电池单元的安全性问题。由qi和ti值反映的不溶成分特别对湿涂方法来说是不利的，湿涂方法中沥青溶解在有机溶剂(像thf、甲苯、二甲苯或己烷)中，然后将溶液与待涂覆的微粒基材混合。
5、已知的是，相比于煤焦油，典型的基于石油的来源具有更低含量的颗粒杂质，通常其微量金属含量也较低。同时，典型基于煤焦油的产品的焦炭值、热稳定性和闪点较高，即在惰性气体气氛下通过热处理使前体碳化后，碳产率会高，并且在高温下加工前体时的安全性也更提高。这通常与成分的分子结构有关，在基于石油的来源的情况下，分子结构具有较多的烷基部分，这些烷基部分在加热过程中可以从芳香族核结构上裂解出来。
6、此外，随着钢铁生产变得逐渐减少使用高炉以减少温室气体的排放，作为煤焦油沥青原料的煤焦油的可用性今后将显著减少，并且因此高品质煤焦油的可用性也将减少。
7、鉴于上述情况，本专利技术的目的是提供一种新型碳前体材料。
8、此外，本专利技术的目的是提供一种用于涂覆石墨颗粒以制造电池电极的新型涂层材料。
9、更具体地，本专利技术的目的是提供一种涂层材料，该材料具有产生厚度典型地为几十纳米的薄涂层的适当特征。
10、本专利技术的另一目的是提供一种涂层材料，该材料提高在用于制造电池电极的石墨颗粒表面处形成的碳涂层的品质。
11、另一目的是提供一种基于沥青的碳涂层，该涂层适用于基于水的电极制造方法。
12、另一目的是减少锂离子电池单元中的安全性问题和比电荷损失，以及提高充电/放电循环稳定性。
13、此外，本专利技术的总体目的是提供一种基于煤焦油沥青的涂层的替代品，该替代品允许提高供应安全性并且满足在电池电极(特别是li离子电池)制造中用作烃涂层材料的必要要求。
14、本专利技术的另一总体目的是提供一种基于沥青的涂层的替代品，该替代品产生类似的焦炭值和软化点、以及类似的电池电极(特别是li离子电池)的加工和性能。
技术实现思路
1、在根据本专利技术的第一方面，提供了一种碳前体材料，该材料包含来自馏出物的蒸馏残余物，所述馏出物为基于煤焦油和/或石油的原料的馏分、或者基于煤焦油或基于石油的沥青的馏分，其中该蒸馏残余物具有在70℃与120℃之间的梅特勒(mettler)软化点和小于12％、优选小于8％、并且更优选小于5％的甲苯不溶物含量。
2、在第二方面，本专利技术提供了该碳前体材料在电弧炉用石墨电极和铝生产用碳阳极的制造中用作粘合剂和/或浸渍材料的用途。
3、在第三方面，本专利技术提供了该碳前体材料作为用于制造电池电极的碳涂覆的颗粒的涂层材料和/或粘合材料的用途。
4、在根据本专利技术的第四方面，提供了一种电弧炉用石墨电极或铝生产用碳阳极，其包含转化的碳前体材料。
5、在第五方面，提供了一种包含转化的碳前体材料的电池电极，以及包含这种电极的锂离子电池。
6、在根据本专利技术的第六方面，一种用于获得碳前体材料的方法，该方法包括以下步骤：
7、-提供基于煤焦油和/或石油的原料，或者基于煤焦油和/或基于石油的沥青，
8、-将原料或沥青暴露于第一真空蒸馏工艺中，由此获得基于原料的馏分或基于沥青的馏分，
9、-随后将所述馏分暴露于第二真空蒸馏工艺中，由此获得为所述碳前体材料的蒸馏残余物。
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1.一种碳前体材料，其包含来自馏出物的蒸馏残余物，所述馏出物为基于煤焦油和/或石油的原料的馏分、或基于煤焦油和/或基于石油的沥青的馏分，其中所述蒸馏残余物具有在70℃与120℃之间的如根据ASTM D3104测量的梅特勒软化点和按重量计小于8％的如通过DIN 51906测量的甲苯不溶物含量(TI)。
2.根据权利要求1所述的碳前体材料，其中，所述蒸馏残余物具有40％至60％的如根据ASTM D4715测量的Alcan焦化值。
3.根据权利要求1中任一项所述的碳前体材料，其中，所述蒸馏残余物具有按重量计小于8％的如通过DIN 51906测量的甲苯不溶物含量(TI)和按重量计小于2％的如根据DIN51921测量的喹啉不溶物含量(QI)和按重量计小于11％的如由TI-QI计算的β-树脂含量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的碳前体材料，其中，所述馏分是蒸馏范围为300℃至370℃的轻质蒽油、或者蒸馏范围为350℃至550℃的芘油、或者蒸馏范围为300℃至550℃的重质芳香族油。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的碳前体材料，其中，所
6.根据上述权利要求中任一项所述的碳前体材料，其另外包含具有130℃至300℃的梅特勒软化点的基于煤焦油和/或基于石油的沥青。
7.根据上述权利要求中任一项所述的碳前体材料作为粘合剂和/或浸渍材料在制造电池电极中所用的含碳复合材料颗粒、制造电弧炉用石墨电极和铝生产用碳阳极中的用途。
8.根据上述权利要求中任一项所述的碳前体材料作为用于制造电池电极的碳涂覆的颗粒的涂层材料的用途。
9.一种电弧炉用石墨电极或铝生产用碳阳极，其包含转化的根据权利要求1至6中任一项所述的碳前体材料。
10.一种电池电极，其包含转化的根据权利要求1至6中任一项所述的碳前体材料。
11.一种锂离子电池，其包含根据权利要求10所述的电极。
12.一种用于获得根据权利要求1至6中任一项所述的碳前体材料的方法，所述方法包括以下步骤：
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所提供的基于煤焦油的沥青具有80℃至130℃的梅特勒软化点，和/或其中所提供的基于石油的沥青具有80℃至130℃的梅特勒软化点，并且其中所获得的馏分是基于沥青的。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述馏分是基于原料的，并且其中所述第一真空蒸馏工艺适用于获得是蒸馏范围为300℃至370℃的轻质蒽油的馏分，或者是蒸馏范围为350℃至550℃的芘油或蒸馏范围为300℃至550℃的重质芳香族油的馏分。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其另外包括向所述蒸馏残余物中添加具有130℃至300℃的梅特勒软化点的基于石油的沥青的步骤。
16.一种用于制造石墨或碳电极的方法，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种碳前体材料，其包含来自馏出物的蒸馏残余物，所述馏出物为基于煤焦油和/或石油的原料的馏分、或基于煤焦油和/或基于石油的沥青的馏分，其中所述蒸馏残余物具有在70℃与120℃之间的如根据astm d3104测量的梅特勒软化点和按重量计小于8％的如通过din 51906测量的甲苯不溶物含量(ti)。
2.根据权利要求1所述的碳前体材料，其中，所述蒸馏残余物具有40％至60％的如根据astm d4715测量的alcan焦化值。
3.根据权利要求1中任一项所述的碳前体材料，其中，所述蒸馏残余物具有按重量计小于8％的如通过din 51906测量的甲苯不溶物含量(ti)和按重量计小于2％的如根据din51921测量的喹啉不溶物含量(qi)和按重量计小于11％的如由ti-qi计算的β-树脂含量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的碳前体材料，其中，所述馏分是蒸馏范围为300℃至370℃的轻质蒽油、或者蒸馏范围为350℃至550℃的芘油、或者蒸馏范围为300℃至550℃的重质芳香族油。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的碳前体材料，其中，所述馏分是基于沥青的馏分，其中用作起始材料的所述基于煤焦油的沥青具有80℃至130℃的梅特勒软化点和/或用作起始材料的所述基于石油的沥青具有80℃至130℃的梅特勒软化点。
6.根据上述权利要求中任一项所述的碳前体材料，其另外包含具有130℃至300℃的梅特勒软化点的基于煤焦油和/或基于石油的沥青。
7.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·斯帕尔，C·库恩特，J·克拉斯，B·德诺，
申请(专利权)人：雨碳有限公司，
类型：发明
国别省市：
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