【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多孔碳微球材料、硅碳复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在锂离子电池技术迅速发展的背景下，负极材料的性能成为制约电池能量密度提升的关键因素。硅因其极高的理论容量被认为是理想的负极材料，然而其在充放电过程中的显著体积膨胀会导致材料破裂和循环稳定性差。为了解决这一问题，多孔碳材料因其优异的导电性、化学稳定性以及可调节的孔隙结构而被视为改善硅基负极性能的有效途径。多孔碳不仅能作为稳定的缓冲框架适应硅的体积变化，还能提供更多的活性位点和通道，从而提高电子和离子的传输效率。通过将硅与多孔碳复合，可以有效减轻硅颗粒的应力集中，抑制材料的粉碎，显著提升复合材料的结构稳定性和循环寿命。因此，多孔碳在硅碳负极材料中的应用，不仅有助于提高电池的能量密度，还对实现长循环寿命的锂离子电池具有重要意义。未来的研究将继续优化多孔碳的孔隙结构和制备方法，以进一步提升硅碳负极的综合性能，满足日益增长的高能量密度电池需求。
2、中国专利cn118206115b公开了一种高性能沥青基多孔碳材料及其制备方法，通过煤沥青和碳纳米管混合制备前驱体，随后进行预处理、粉碎，添加石墨烯并干燥，预氧化处理，以及碳化和活化处理得到最终产品。该方法虽然解决了沥青预氧化不完全的问题，提高了碳化产率，但所制备得到的多孔碳材料微孔孔容占比较高，易造成孔道堵塞，不利于化学气相沉积过程中硅源气体的深度沉积。中国专利cn116314734a公开了一种硅碳复合材料的制备方法、硅碳复合材料及其应用。该方法包括对石墨纸进行水蒸气活化和co2活化，制备改性石墨纸材
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决上述方案存在的问题，提供一种多孔碳微球材料、硅碳复合材料及其制备方法和应用。本专利技术制备的多孔碳微球具有一系列可调节的物理化学特性、高度发达的孔隙结构、高介孔率以及较佳的机械强度，进一步应用于锂离子电池时可使其具有低极片膨胀率、高首次库伦效率和优异的循环稳定性等特性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术提供了一种多孔碳微球的制备方法，其包括如下步骤：
4、s1：将聚合物、溶剂与导电炭黑混合，得前驱体溶液；
5、s2：采用静电喷雾法将所述前驱体溶液制备为碳微球前驱体材料；
6、s3：将所述碳微球前驱体材料依次进行预氧化、热处理，得球形碳材料；
7、s4：将所述球形碳材料进行超临界水热活化，经后处理，得多孔碳微球材料；
8、所述活化的温度为300~600℃；所述活化的压力为15~30 mpa；所述活化的时间为0.5~1 h。
9、本专利技术中，步骤s1中，所述聚合物可包括聚合物a和聚合物b；所述聚合物a和所述聚合物b为不同的聚合物。
10、在一些优选的实施方式中，步骤s1中，所述聚合物a为聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚多巴胺和聚（苯胺-吡咯）共聚物中的一种，例如：聚苯乙烯。
11、在上述方案中，所述聚苯乙烯的重均分子量较佳地为100000~200000 g/mol，更佳地为130000~170000 g/mol，例如：150000 g/mol。
12、在一些优选的实施方式中，步骤s1中，所述聚合物b为聚乙烯吡咯烷酮。
13、在上述方案中，所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量较佳地为40000~100000 g/mol，更佳地为40000~70000 g/mol，例如：60000 g/mol。
14、在一些优选的实施方式中，步骤s1中，所述聚合物a、所述聚合物b和所述导电炭黑的质量比为（4~9）：（4~9）：（2~5），较佳地为：（5~7）：（5~7）：（2~4），例如：2：2：1或5：5：2。
15、在一些优选的实施方式中，步骤s1中，所述溶剂为n，n-二甲基甲酰胺。
16、在一些优选的实施方式中，步骤s1中，所述导电炭黑为科琴黑、乙炔黑和super p中的一种。
17、在一些优选的实施方式中，步骤s1中，所述聚合物溶液浓度为5~12 wt%，较佳地为：6~10 wt%，例如：6 wt%或8 wt%；所述聚合物溶液浓度为所述聚合物的质量总和占所述溶剂质量的百分比。
18、在一些优选的实施方式中，步骤s1中，所述混合的操作为将所述聚合物溶解于溶剂中，经磁力搅拌后形成均相的聚合物溶液，随后向所述聚合物溶液中添加所述导电炭黑，经超声分散后得到前驱体溶液。
19、在上述方案中，所述磁力搅拌的转速较佳地为200~350 rpm，例如：300 rpm；所述磁力搅拌的时间较佳地为2~6 h，例如：4 h。
20、在上述方案中，所述超声分散的时间较佳地为1~2 h。
21、在更一些优选的实施方式中，步骤s1中，所述混合的操作为将聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮溶解于n，n-二甲基甲酰胺中，经磁力搅拌后形成均相的聚合物溶液，随后向所述聚合物溶液中添加导电炭黑，经超声分散后得到前驱体溶液。
22、在一些优选的实施方式中，步骤s2中，所述采用静电喷雾法的操作为：将步骤s1制得的所述前驱体溶液注入注射器中，后将注射器固定于微量注射泵上，将高压电源正极连接注射器针头根部，接收极板连接地线，垂直于注射器径向并置于注射器正下方，调整设备参数进行静电喷雾，得到碳微球前驱体。
23、在上述方案中，步骤s2中，所述微量注射泵的推流速率较佳地为0.5~1.5 ml/h，例如：0.6 ml/h或0.8 ml/h；所述高压电源的电压较佳地为15~30 kv，例如：20 kv或22 kv；所述注射器尖端到所述接收极板的接受距离较佳地为12~18 cm，例如：16 cm。
24、本专利技术中，步骤s2中，所述静电喷雾法的操作环境温度可为20~30℃，环境湿度可为35%~55%。
25、在一些优选的实施方式中，步骤s3中，所述预氧化的操作为将步骤s2制得的所述碳微球前驱体材料干燥后，再转移至马弗炉中，在空气气氛下加热。
26、在上述方案中，步骤s3中，所述干燥的温度较佳地为90~160℃，例如：150℃；所述干燥的时间较佳地为18~36 h，例如：24 h。通过干燥以去除所述碳微球前驱体材料中未挥发溶剂。
27、在一些优选的实施方式中，步骤s3中，所述预氧化的升温速率为1~4℃/min，例如：2℃/min。
28、在一些优选的实施方式中，步骤s3中，所述预氧化的温度为150~280℃，较佳地为170~250℃。
29、在一些优选的实施方式中，步骤s3中，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多孔碳微球的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的多孔碳微球的制备方法，其特征在于，其满足以下条件中的一种或多种：
3.如权利要求1所述的多孔碳微球的制备方法，其特征在于，其满足以下条件中的一种或多种：
4.如权利要求1所述的多孔碳微球的制备方法，其特征在于，其满足以下条件中的一种或多种：
5.如权利要求1所述的多孔碳微球的制备方法，其特征在于，其满足以下条件中的一种或多种：
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的多孔碳微球的制备方法制得的多孔碳微球。
7.一种多孔碳微球，其特征在于，所述多孔碳微球的平均孔径为2~6 nm；所述多孔碳微球的介孔率为40%~80%；所述多孔碳微球的介孔孔容为0.2~0.8 cm3/g；所述多孔碳微球的微孔孔容为0.3~0.6 cm3/g；所述多孔碳微球的抗压强度为4.8~8.0 Gpa。
8.如权利要求7所述的多孔碳微球，其特征在于，所述多孔碳微球的平均孔径为2~4nm；所述多孔碳微球的介孔率为48%~65%；所述多孔碳微球的介孔孔容
9.一种硅碳复合材料，其特征在于，其包括如权利要求6或7所述的多孔碳微球和硅，所述硅富集在所述多孔碳微球的孔道内部；
10.一种如权利要求9所述的硅碳复合材料作为电极材料在锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔碳微球的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的多孔碳微球的制备方法，其特征在于，其满足以下条件中的一种或多种：
3.如权利要求1所述的多孔碳微球的制备方法，其特征在于，其满足以下条件中的一种或多种：
4.如权利要求1所述的多孔碳微球的制备方法，其特征在于，其满足以下条件中的一种或多种：
5.如权利要求1所述的多孔碳微球的制备方法，其特征在于，其满足以下条件中的一种或多种：
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的多孔碳微球的制备方法制得的多孔碳微球。
7.一种多孔碳微球，其特征在于，所述多孔碳微球的平均孔径为2~6 nm；所述多孔碳微球的介孔率为40%~80%；...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄林涛，吴玉虎，丁晓阳，李宇飞，
申请(专利权)人：宁波杉杉硅基材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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