一种沥青基纳米多孔碳材料、使用该多孔碳材料的负极材料及锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种沥青基纳米多孔碳材料、使用该多孔碳材料的负极材料及锂离子电池，所述沥青基纳米多孔碳材料主要由以下原料制成：沥青0.1～10g、无水三氯化铝3～50g、无水四氯化碳100～400ml、反应终止剂200～500ml，上述各原料的量可以按比例进行任意调整。本发明专利技术的沥青基纳米多孔碳材料，主要由沥青、无水三氯化铝、无水四氯化碳和反应终止剂制成，采用纳米造孔技术，使沥青与无水四氯化碳发生Friedel-Crafts交联反应，所得沥青基碳材料具有多孔结构和高比表面积，使用该沥青基纳米多孔碳材料制备的负极材料具有吸液保液能力强、加工性能佳、价格便宜等特性，可以大幅度提高锂离子电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种沥青基纳米多孔碳材料、使用该多孔碳材料的负极材 料及锂离子电池
本专利技术属于多孔碳材料
，具体涉及一种沥青基纳米多孔碳材料，同时还 涉及一种使用该多孔碳材料的负极材料及锂离子电池。
技术介绍
负极材料是锂离子电池的主要组成部分，并对锂离子电池的循环性能、安全性能 及其倍率性能产生重要影响。而市场要求负极材料具有较好的循环性能、加工性能及其优 异$吸液能力。目前市场上所用的石墨类负极材料由于具有较小的比表面积，造成材料的 吸液能力较差、循环性能一般，因此开发出一种具有较大比表面积的负极材料成为提高负 极材料性能的选择之一。 造孔技术是提高材料比表面积的方法之一，即在材料表面制备出具有纳米孔的碳 材料，以提高材料的吸液保液能力，从而提高材料的循环性能。目前，制备纳米孔碳材料的 方法主要有软模板法和硬模板法，但是这两种方法都需要加入模板，存在工序复杂、合成条 件可刻、过程难以控制、价格昂贵等问题，限制了其广泛应用。因此，采用无模板法制备多孔 碳材料成为一种不错的选择。 沥青是棕褐色有机胶凝状物质，主要成分是沥青质和树脂，其次有高沸点的矿物 油和少量的氧、硫和氯的化合物，常温下是粘稠状液体或固体。由于浙青具有资源丰富、价 格低廉、含碳量高、流动性好、易石墨化的优点，因此成为制备石墨类材料的常用材料，但是 由于浙青基材料具有比表面积小、吸液性能差等缺陷，限制了其材料性能的充分发挥。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种比表面积大、吸液性能好的浙青基纳米多孔碳材料。 本专利技术的第二个目的是提供一种使用上述沥青基纳米多孔碳材料的负极材料。 本专利技术的第三个目的是提供一种使用上述负极材料的锂离子电池。 为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种沥青基纳米多孔碳材料，所 述多孔碳材料主要由以下原料制成：浙青〇. 1?10g、无水三氯化招3?5〇g、无水四氯化碳 100?400ml、反应终止剂200?500ml,上述各原料的量可以按比例任意调整。 所述反应终止剂为乙醇与水的体积比为100:50?1〇〇的混合液。 所述的水为二次蒸馏水。 所述多孔碳材料是将沥青溶于无水四氯化碳，再加入无水三氯化铝作为催化剂进 行Friedel-Crafts反应（付克反应），后用反应终止剂终止反应，取固体产物进行炭化后得 到。 所述多孔碳材料是将浙青溶于无水四氯化碳，再加入无水三氯化铝作为催化剂进 行Friedel-Crafts反应，后用反应终止剂终止反应，取固体产物依次进行炭化、活化后得 到。 所述Friedel-Crafts反应的反应温度为30?75°C，反应时间为2?72h。 所述炭化的温度为300?1000°C，炭化时间为2?12h。所述炭化是在惰性气氛 下进行的。所述惰性气氛为200?800ml/min流速的氮气气氛。达到炭化温度的升温速率 为 2 ?5°C /min。 所述活化是依次经活化剂活化、高温活化。 所述活化剂活化中，活化剂与所述炭化得到的碳化物的质量比为1?10:1 ;所述 高温活化的温度为500?900?，活化时间为6?12h。 所述活化剂为NaOH。活化剂活化时，将所述炭化得到的碳化物与NaOH加入水/乙 醇混合液中充分混合，后干燥。 所述髙温活化是在惰性气氛下进行的。所述惰性气氛为2〇0?800ml/min流速的 氮气气氛。达到高温活化温度的升温速率为1?2°c /min。 高温活化后，活化产物经洗涤、过滤和千燥后，得到所述的沥青基纳米多孔碳材 料。 所述洗涤之前，将活化产物的温度降低至50°c以下。所述洗涤是用去离子水和浓 盐酸按5? 2〇: 1的体积比混合而成的溶液在沸腾条件下洗涤2?8次，再用去离子水洗涤 1?4次。所述干燥的温度为80?100°C，干燥时间为12?24h。 所述沥青基纳米多孔碳材料，具体是由以下方法制备的： 1)将0. 1?10g的沥青加入6?300ml的无水四氯化碳中，搅拌溶解，得混合物 A； 2)将3?50g的无水三氯化铝加入剩余的无水四氯化碳中（无水四氯化碳的总用 量为100?400ml)，无水三氯化银溶解后，再加入步骤1)所得混合物A，搅拌条件下加热回 流进行Friedel-Crafts反应，后加入2〇0?5〇Oml的反应终止剂终止反应，取反应所得混 合体系依次经过滤、洗涤、过滤、干燥后，得固体产物； 3)将步骤2)所得固体产物置于惰性气体气氛下加热炭化，得碳化物； 4)将活化剂与步骤3)所得碳化物加入水/乙醇混合液中充分混合，后过滤、干燥， 得混合物B ; 5)将步骤4)所得混合物B置于惰性气体气氛下进行高温活化，所得活化产物依次 经洗涤、过滤、干燥后，即得所述浙青基纳米多孔碳材料。 其中，步骤4)中所述水/乙醇混合液中，乙醇与水的体积比为100:50? 100。 所述的水为二次蒸馏水。 。 步骤4)中所述水/乙醇混合液的用量为：每5g碳化物加入水/乙醇混合液200? 400ml〇 步骤4)中所述千燥温度为80?10(TC。 一种使用上述的浙青基纳米多孔碳材料的负极材料，该负极材料是由所述沥青基 纳米多孔碳材料与石墨进行包覆改性、碳化、石墨化、粉碎、球形化后得到石墨碳材料。 该负极材料的制备方法，包括下列具体步骤： ° a)包覆改性：将有机溶剂、沥青基纳米多孔碳材料、石墨粉混合，在5〇(rc条件下 搅拌反应8h后，过滤并千燥，得包覆改性材料； '、 C〇〇34] b)碳化：在惰性气体保护下，将步骤a)所得包覆改性材料升温至1〇〇(rc并保温 ------------ 贝 6h后，降温至100°C以下，粉碎得碳化材料； H、C)石墨化：在惰性气体保护下，以1?5O /min的升温速率，将步骤b)所得碳化 材料升温至28〇0 C并保温48h后，分步降温至100-C以下，得石墨化材料； _] d) _、雜化：将频e)所得石靴材獅碎后，肺材料球雜并分级，即得 所述负极材料。 所述有机溶剂为四氢呋喃。 所述浙青基纳米多孔碳材料与石墨的质量比为10?40: 100。 一种锂离子电池，该锂离子电池的负极材料为上述的负极材料。 本发日騎綱縣碰材料，主麵赌、无水三€、无水醜化碳和反 应终止剂制成，采用纳米造孔技术，使沥青与无水四氯化碳发生Friedel-Crafts交联反 应，所得浙青基碳材料具有多孔结构和高比表面积，使用该沥青基纳米多孔碳材料制备的 负极材料具有吸液保液能力强、加工性能佳、价格便宜等特性，可以大幅度提高锂离子电池 的循环性能。 本专利技术的沥青基纳米多孔碳材料，是采用纳米造孔技术，将沥青溶于无水四氯化 碳，再加入无水三氯化铝作为催化剂进行Friedel-Crafts反应，后用反应终止剂终止反 应，取固体产物依次进行炭化、活化后得到的，其制备方法属于无模板造孔技术，与模板法 相比，具有合成条件简单、过程容易控制、成本低、造孔效果好的优点。所述活化过程包括活 化剂活化和_温活化，其中活化剂为NaOH，具有活化效果好、可以造出合适的孔洞，即得到 比表面积适中的多孔碳材料，与Κ0Η活化剂相比，具有对反应设备腐蚀性小、造孔能力适中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沥青基纳米多孔碳材料，其特征在于：所述多孔碳材料主要由以下原料制成：沥青0.1～10g、无水三氯化铝3～50g、无水四氯化碳100～400ml、反应终止剂200～500ml，上述各原料的量可以按比例任意调整。

【技术特征摘要】
1. 一种浙青基纳米多孔碳材料，其特征在于：所述多孔碳材料主要由以下原料制成： 浙青0. 1?l〇g、无水三氯化铝3?50g、无水四氯化碳100?400ml、反应终止剂200? 500ml，上述各原料的量可以按比例任意调整。2. 根据权利要求1所述的浙青基纳米多孔碳材料，其特征在于：所述反应终止剂为乙 醇与水的体积比为100:50?100的混合液。3. 根据权利要求1或2所述的浙青基纳米多孔碳材料，其特征在于：所述多孔碳材料 是将浙青溶于无水四氯化碳，再加入无水三氯化铝作为催化剂进行Friedel-Crafts反应， 后用反应终止剂终止反应，取固体产物依次进行炭化、活化后得到。4. 根据权利要求3所述的浙青基纳米多孔碳材料，其特征在于：所述Friedel-Crafts 反应的反应温度为30?75°C，反应时间为2?72h。5. 根据权利要求3所述的浙青基纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：付万群，李玉峰，付世敏，
申请(专利权)人：河南中联高科新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41