一种无定型碳负极材料及其制备方法和电池技术

技术编号:18368680 阅读:29 留言:0更新日期:2018-07-05 11:32
本发明专利技术涉及电极材料领域,具体地,涉及一种无定型碳负极材料及其制备方法和电池。所述无定型碳负极材料的制备方法包括:(1)在含氧气氛中,将煤基沥青进行第一加热处理;(2)在真空中或者在第一气体通入量下,将第一加热处理后的产物进行第二加热处理;(3)在真空中或者在第二气体通入量下,将第二加热处理后的产物进行第三加热处理。本发明专利技术的方法所得的无定型碳负极材料倍率性能优良,且还具有较高的比容量和倍率性能。

Amorphous carbon negative electrode material and preparation method and battery thereof

The invention relates to the field of electrode materials, in particular to an amorphous carbon negative electrode material and a preparation method and a battery thereof. The preparation method of the amorphous carbon negative material includes: (1) the first heating treatment of the coal based asphalt in the oxygen containing atmosphere; (2) heating the products after the first heating in the vacuum or under the first gas entry amount; (3) heating the second in the vacuum or under the amount of second gas. The treated products are treated by third heating. The amorphous carbon negative material obtained by the method has excellent multiplying performance and high specific capacity and rate performance.

【技术实现步骤摘要】
一种无定型碳负极材料及其制备方法和电池
本专利技术涉及电极材料领域,具体地,涉及一种无定型碳负极材料及其制备方法和电池。
技术介绍
碳负极材料就被广泛应用于锂离子电池。目前主要的炭负极材料有结晶型碳(包括天然石墨、人造石墨等)和无定型碳(包括软炭、硬炭等)。其中占主导地位的负极材料是石墨,它具有比较规则的层状结构,导电性好,理论比容量为372mAh/g。但是石墨受限于其扩散系数,在大电流充放电条件下,锂离子的扩散速率并不快,倍率性能较差;相反地,采用无定型碳作为负极材料时,锂离子的嵌入和脱出比较自由,锂离子的扩散速率比较快,倍率性能较高;然而,通常的无定型碳在作为负极材料时,比容量偏低,由此制约了无定型碳在作为负极材料的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有的无定型碳在作为负极材料时比容量偏低的现象,通过制备优化,改变碳材料结构提供一种比容量较高的无定型碳负极材料及其制备方法。为了实现上述目的,本专利技术提供一种无定型碳负极材料,该负极材料中的无定型碳的无定型度为18-30%,拉曼Id/Ig为1.01-1.1。本专利技术还提供了一种无定型碳负极材料的制备方法,该方法包括:(1)在含氧气氛中,将煤基沥青进行第一加热处理;(2)在真空中或者在第一气体通入量下,将第一加热处理后的产物进行第二加热处理;(3)在真空中或者在第二气体通入量下,将第二加热处理后的产物进行第三加热处理;其中,所述第一加热处理的温度<所述第二加热处理的温度<所述第三加热处理的温度;并且,所述第一加热处理的温度为150-400℃,所述第二加热处理的温度为500-850℃,所述第三加热处理的温度为800-1200℃;所述第一气体通入量和第二气体通入量各自独立地为30min-1m-2以上,该气体通入量以单位截面积的体积空速计;并且,所述第一气体通入量和第二气体通入量所通入的气体为非活泼性气体。本专利技术还提供了由上述方法制得的无定型碳负极材料。本专利技术还提供了包括上述无定型碳负极材料的电池。通过采用本专利技术的方法,能够使得煤基沥青转化为性能优良的无定型碳负极材料,所得的无定型碳负极材料倍率性能优良,且还具有较高的比容量和倍率性能,原料丰富、操作简单、成本较低。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术,并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供一种无定型碳负极材料,该负极材料中的无定型碳的无定型度为18-30%,拉曼Id/Ig为1.01-1.1。根据本专利技术,所述无定型碳负极材料实际上就是无定型碳,当无定型碳满足上述范围的无定型度时,即可保持优良的无定型碳状态及电化学性能,优选地,该负极材料中的无定型碳的无定型度为20-28%(更优选为22-25%),拉曼Id/Ig为1.01-1.1(优选为1.02-1.05)。其中,所述无定型度是指通过XRD的002峰计算出来的结晶度,用100%-结晶度得到无定型度。根据本专利技术,所述无定型碳负极材料具有一定的孔隙,便于锂离子的交换,优选地,该负极材料中的无定型碳的拉曼Id/Ig为1.01-1.1,比表面积为2-15m2/g,孔容为0.05cm3/g以下,平均孔径为1-10mm。更优选地,该负极材料中的比表面积为4-13m2/g,孔容为0.02cm3/g以下(优选为0.005-0.016cm3/g),平均孔径为2-8mm(优选为4-6nm)。根据本专利技术,所述无定型碳负极材料具有优良的倍率性能优良,能够在制得电池后获得较高的比容量。例如,将本专利技术的无定型碳负极材料制成实施例中的标准测量电池后,0.5C倍率下的放电比容量可以为250mAh/g以上,2C倍率下的放电比容量可以为130mAh/g以上。本专利技术还提供了一种无定型碳负极材料的制备方法,该方法包括:(1)在含氧气氛中,将煤基沥青进行第一加热处理;(2)在真空中或者在第一气体通入量下,将第一加热处理后的产物进行第二加热处理;(3)在真空中或者在第二气体通入量下,将第二加热处理后的产物进行第三加热处理;其中,所述第一加热处理的温度<所述第二加热处理的温度<所述第三加热处理的温度;并且,所述第一加热处理的温度为150-400℃,所述第二加热处理的温度为500-850℃,所述第三加热处理的温度为800-1200℃;所述第一气体通入量和第二气体通入量各自独立地为30min-1m-2以上,该气体通入量以单位截面积的体积空速计;并且,所述第一气体通入量和第二气体通入量所通入的气体为非活泼性气体。根据本专利技术,所述煤基沥青可以为本领域常规的煤基沥青,相对于其他种类的沥青,例如石油系沥青来说,煤基沥青具有更高的密度例如1.15g/cm3以上的密度,且芳香度更高(可高达55-80%),软化点也相对较高。通常煤基沥青的碳元素含量为80-90重量%,且H/C摩尔比为0.7-1.2。本专利技术的方法通过控制第一加热处理、第二加热处理和第三加热处理的温度以及第二加热处理和第三加热处理时的气体通入量或者至真空,能够使得煤基沥青转化为性能优良的无定型碳负极材料。其中,值得一提的是,第一加热处理、第二加热处理和第三加热处理的温度低于其下限值时,最终所得的无定型碳负极材料存在容量偏低的缺陷。而当第一加热处理、第二加热处理和第三加热处理的温度高于其上限值时,最终所得的无定型碳负极材料的容量也偏低。为了获得倍率性能和比容量更高的无定型碳负极材料,优选地,所述第一加热处理的温度为180-350℃(优选为200-300℃),所述第二加热处理的温度为600-800℃(优选为700-800℃),所述第三加热处理的温度为950-1200℃(优选为1000-1100℃)。其中,步骤(1)中,在含氧气氛(例如可以为空气气氛、氧气气氛等)中将煤基沥青进行第一加热处理,主要是为了将煤基沥青中的小分子氧化。该第一加热处理的时间可以在较宽范围内变动,只要能够获得所需的效果即可,优选地,所述第一加热处理的时间为2h以上,优选为3-20h,更优选为5-10h。特别需要说明的是,如果所述第一加热处理的时间小于2h,可能会导致煤基沥青中的小分子未被完全氧化,从而在后续的加热处理中容易得到大颗粒的无定型碳,对提高所得材料的电性能并无益处。其中,步骤(2)中,在真空中或者在第一气体通入量下,将第一加热处理后的产物进行第二加热处理,主要是为了去除非碳元素,其中,为了改善无定型碳材料的结构且更好地形成锂离子进出碳层的通道,该加热处理可以在真空中进行,或者在一定的气体通入量下进行。其中,为了能够获得倍率性能和比容量更高的无定型碳负极材料,优选地,所述第一气体通入量为30-250min-1m-2,更优选为50-200min-1m-2。本文中,气体通入量是以单位截面积的体积空速计,也即单位反应容器的当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无定型碳负极材料,其特征在于,该负极材料中的无定型碳的无定型度为18‑30%,拉曼Id/Ig为1.01‑1.1。

【技术特征摘要】
1.一种无定型碳负极材料,其特征在于,该负极材料中的无定型碳的无定型度为18-30%,拉曼Id/Ig为1.01-1.1。2.根据权利要求1所述的无定型碳负极材料,其中,该负极材料中的无定型碳的无定型度为20-28%,优选为22-25%;优选地,拉曼Id/Ig为1.02-1.05。3.根据权利要求1或2所述的无定型碳负极材料,其中,该负极材料中的无定型碳的比表面积为2-15m2/g,孔容积为0.05cm3/g以下,平均孔径为1-10nm。4.根据权利要求3所述的无定型碳负极材料,其中,该负极材料中的无定型碳的比表面积为4-13m2/g,孔容积为0.02cm3/g以下,平均孔径为2-8nm。5.一种无定型碳负极材料的制备方法,其特征在于,该方法包括:(1)在含氧气氛中,将煤基沥青进行第一加热处理;(2)在真空中或者在第一气体通入量下,将第一加热处理后的产物进行第二加热处理;(3)在真空中或者在第二气体通入量下,将第二加热处理后的产物进行第三加热处理;其中,所述第一加热处理的温度<所述第二加热处理的温度<所述第三加热处理的温度;并且,所述第一加热处理的温度为150-400℃,所述第二加热处理的温度为500-850℃,所述第三加热处理的温度为800-1200℃;所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员:潘广宏唐堃张开周康利斌梁文斌
申请(专利权)人:神华集团有限责任公司北京低碳清洁能源研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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