[发明专利]一种沥青基炭微球的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种沥青基炭微球的制备方法。先将原料沥青溶于溶剂当中，将得到的沥青溶液放入水热釜中，设置温度区间为100℃至250℃，保温30min‑96h，最后通过洗涤，即得沥青基微球。随后进行不同温度惰性气体保护下的高温炭化得到沥青基炭微球。使用沥青基炭微球电极材料的锂离子电池放电比容量在0.1A g^‑1时为360‑410mA h g^‑1，远高于炭化沥青的放电比容量比容量(350mA h g^‑1)，电流密度从0.1A g^‑1逐渐增大到1A g^‑1时，比容量保持率在75％左右。表现了良好的倍率性能和循环性能。使用沥青基炭微球电极材料的钠离子电池放电比容量在0.1A g^‑1时为250mA h g^‑1。

技术领域

本发明涉及锂、钠离子电池电极材料领域，特别涉及一种沥青基炭微球的制备方法和应用。

背景技术

锂、钠离子电池(Lithium-ion battery and Sodium-ion battery)，作为一种最常用电化学储能装置，由于较高的能量密度，较高的安全性以及较为低廉的成本，因而在电力系统、通讯、新能源、航空航天、电动汽车等领域都有十分广泛的应用。由于电极材料是锂、钠离子电池的核心部件。由于目前电极尚无法突破更高的能量密度，因此开发可以提高锂、钠离子电池能量密度和功率输出特性的新型电极材料成为当务之急。

沥青作为一种高碳含量的稠环芳烃化合物，具有来源广泛，价格低廉等优势。沥青基炭微球因为振实密度高，结构稳定，导电性较好，能够快速充放电，因此沥青基炭微球成为了锂、钠离子电池电极材料的研究热点之一。

目前用作沥青基炭微球前驱体主要有中温煤沥青，精制煤沥青、萘中间相沥青、石油中间相沥青等沥青材料。并且目前制备方法有热缩聚法，乳液法，悬浮法等等方法。Yuan等以中温煤沥青乳液法制备的沥青基炭微球，比容量达310mA h cm³[Yuan M,Cao B,MengC,et al.Preparation of Pitch-based Carbon Microbeads by a SimultaneousSpheroidization and Stabilization Process for Lithium-ion Batteries[J].Chemical Engineering Journal,2020,400:125948.]。Yoon等用悬浮法制备了沥青基炭微球[Yoon S H,Park Y D,Mochida I.Preparation of carbonaceous spheres fromsuspensions of pitch materials[J].Carbon,1992,30(5):781-786.]。Sun等以交联乳化法制备了沥青基炭微球[Sun S,Wang L,Wang C,et al.Vacuum-assisted synthesis ofspherical activated carbon using coal tar pitch with low softening point bycopolymerization[J].Vacuum,2018,158:215-217.]。但是目前的制备方法工艺流程复杂，成本较高，不利于工业化的实现。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明的目的是提供一种沥青基炭微球的制备方法，按下列方法制得：

步骤一：将原料沥青溶于溶剂当中，得到沥青溶液；

步骤二：取步骤一所得沥青溶液，放入水热釜中，设置温度区间为100℃至250℃，保温30min-96h，最后通过洗涤，即得沥青基微球。

步骤三：取步骤二所得沥青基微球，在不同温度进行高温炭化处理得到沥青基炭微球。

本发明进一步的优选方案是：所述原料沥青选自普通各向同性沥青和中间相沥青，包括煤沥青、石油沥青，萘中间相沥青或石油中间相沥青中的一种。