[发明专利]一种类珊瑚条状多孔碳、其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种类珊瑚条状多孔碳的制备方法，其将煤沥青和模板活化剂混合，高温煅烧即得到类珊瑚条状多孔碳；本申请还提供了一种多孔碳。本申请还提供了类珊瑚条状多孔碳的应用。本发明的原料为煤热加工过程中副产的硬质煤沥青，超高的碳含量使得制备出的碳基材料具有较高的碳收率，是一种较为理想的可实现大规模应用的碳前驱体；同时，本申请制备得到的类珊瑚条状多孔碳材料，结构稳定，缺陷程度高，由此表现出更高的储锂比容量以及更快的储锂反应动力学，因此能够极大改善商用锂离子电池/电容器的能量密度和使用寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池技术领域，尤其涉及一种类珊瑚条状多孔碳、其制备方法与应用。

背景技术

随着经济的飞速发展以及环境污染的加剧，人们对于清洁能源的需求与研究日益增加。为了能够实现对能源的连续高效存储和转化，具有优异储能表现的电化学储能器件得到人们的广泛关注和研究。现在市场上得到大规模应用的是以石墨为负极，磷酸铁锂为正极所构筑的锂离子电池，被广泛应用在电动汽车、移动电话等电动装置。

截止目前，商业化的锂离子电池的负极材料主要是以石墨为主，而正极材料以磷酸铁锂为主。但是由于商业石墨的理论比容量仅为372mAh g^-1，难以满足未来日益增长的对高能量密度的锂离子二次电池的需求。为了进一步提高负极材料的储锂比容量，人们对于锂离子电池负极材料的研究转向硅碳复合材料。地球丰富的硅含量以及硅超高的理论比容量，正在成为极具潜力的下一代负极材料。但硅碳复合材料在进行电化学储锂时，仍然存在结构不稳定、库伦效率低以及循环寿命差等问题，因此其代替商业石墨成为下一代的锂离子电池的负极材料还为时尚早。一般而言，电化学储能器件的能量密度主要由电极材料的储锂比容量决定。因此，开发来源广泛、廉价易得、制备简易且成本较低的高性能的电极材料是有效提升锂离子电池能量密度的有效途径和未来的重要发展趋势。

截止目前，多孔碳基材料的制备方法主要包括化学气相沉积(CVD)、模板法(包括硬模板法和软模板法)和活化法。化学气相沉积法对于原料要求较高，一般为气相，同时对于设备的要求较高，一般为耐高温高压和抗腐蚀的设备，制备条件苛刻，难以实现电极材料的规模化制备；硬模板法操作简便，对设备要求低，但需要外加化学试剂除去煅烧后剩余的模板，极大地增加了操作成本；对于软模板法，尽管不需要外加试剂除去模板，但是对于碳前驱体的要求较高，同时软模板的价格较高，从而增加了电极材料制备过程中的成本，因此也无法规模化应用。相比于上述方法，一步直接活化法操作简便，成本较低，能够适用于绝大多数的碳前驱体，具有普适性。

公开号为CN108682858A的中国专利公开了一种锂离子电池负极用硬碳材料的制备方法，其包括以下步骤：将净化及预氧化的煤沥青溶解于80℃以上的特种溶剂中；将生物质多羟基醇在沥青溶液中混合，进入球磨机中进行搅拌、热解和复合后，在球磨机中湿法球磨粉碎；将悬浮液离心出含固浆料并放入低温炭化炉中进行预碳化；粉粒经粉碎、筛分并放入氮气气分碳化炉中，在1100～1200℃中保持一段时间，制得锂离子电池负极用硬碳材料。

公开号为CN102351163A的中国专利公开了一种锂离子电池纳米炭微球负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料技术；其中的锂离子电池纳米炭微球负极材料由煤沥青基两亲性炭材料、石油沥青基两亲性炭材料、中间相沥青基两亲性炭材料、石油焦基两亲性炭材料、针状焦基两亲性炭材料和沥青焦基两亲性炭材料之中的一种经过配制溶液、搅拌以及精馏分离等步骤制成。

因此，开发一种普适性且能够实现规模化制备电极材料的方法是本领域研究的重点。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种类珊瑚条状多孔碳的制备方法，本申请提供的制备方法具有普适性，且具有更好的储锂比容量和更高的储锂反应动力学。

有鉴于此，本申请提供了一种类珊瑚条状多孔碳的制备方法，包括以下步骤：

将煤沥青和模板活化剂混合，高温煅烧，得到类珊瑚条状多孔碳；