一种SCC高等级自组装碳/碳复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术的目的在于解决现有技术中天然石墨、人造石墨微粉的固相团聚问题，以及在自组装过程中中间相沥青层状堆积均匀性问题，提供了一种SCC高等级自组装碳/碳复合材料及其制备方法，属于高等级自组装碳/碳复合材料技术领域。所述复合材料以天然石墨或人造石墨经球化后得到的微粉作为基料，微粉粒径为3‑6μm，所述基料外部包裹沥青中间相包覆层，包覆层平均堆积厚度为0.3‑1.0μm。该复合材料包覆颗粒均匀，达到了结构稳定化、形态最佳化，避免了使用阻聚剂造成的工艺难度增加和杂质的引入，利于电池极片的加工，电性能得到较大提高。该方法可实现连续化生产SCC高等级自组装碳/碳复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种SCC高等级自组装碳/碳复合材料及其制备方法
本专利技术属于高等级自组装碳/碳复合材料
，特别涉及一种SCC高等级自组装碳/碳复合材料及其制备方法。
技术介绍
碳材料由于其化学性能稳定，具有较高的电子传导性，可插层而形成插层化合物特性，同时具有耐热性、抗冲击性、高比强等特性，在许多领域得到广泛应用。目前，商业化锂离子电池负极材料使用的均为碳材料，包括软碳材料(SCC)如石墨类碳材料，及一些热解硬碳。天然石墨有理想的层状结构，具有较高的电容量，但其震实密度低，在实际使用中降低了电池的电容量；普通人造石墨粉形状不规则，比表面积大，在制备的电池极片中，石墨的C轴垂直于极片和隔膜，不利于电解液和锂离子的扩散、嵌入和迁出，降低了电池的电容量和充放电倍率；人造石墨化中间相，结构稳定、比表面积小、循环性能好，但是存在电容量较低，压实密度不理想等问题。针对每一种材料的不足，人们提出了不同的改进方法。中国专利CN102569755A公开了一种石墨类碳负极材料及其制备方法，通过对植物原料碳化物添加纳米包覆材料和添加剂，并经碳化、研磨、造粒、低温烧结、石墨化等处理过程制备而成，该方法生产工艺复杂，辅助原料多，制作成本较高，电池的比容量低。中国专利CN1397598A公开了一种碳包覆石墨的制备方法，用树脂包覆后，经700-1200℃碳化处理，得到碳包覆的石墨微粉，包覆层与石墨基质的结合度较差，不能有效的阻止溶剂共嵌入和石墨层的剥离。中国专利CN1585172A公开了一种石墨颗粒表面包覆沥青的方法，来提高负极材料的可逆容量和循环稳定性，该方法制得的材料强度大，韧性差，当压实密度较高时，易使包覆层破裂。中国专利CN100459244C公开了一种石墨粉包覆石墨化中间相层的方法，该方法使用添加剂抑制石墨颗粒的团聚，由于添加剂分散不均，无法有限抑制石墨颗粒的团聚，且在添加过程中向材料中引入了无效的杂质，降低了材料的比容量。因此，有必要采用新的方法制备出高质量的碳包覆石墨。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中天然石墨、人造石墨微粉的固相团聚问题，以及在自组装过程中中间相沥青层状堆积均匀性问题，提供了一种SCC高等级自组装碳/碳复合材料及其制备方法。该复合材料包覆颗粒均匀，达到了结构稳定化、形态最佳化，避免了使用阻聚剂造成的工艺难度增加和杂质的引入，利于电池极片的加工，电性能得到较大提高。该方法可实现连续化生产SCC高等级自组装碳/碳复合材料。一种SCC高等级自组装碳/碳复合材料，所述复合材料以天然石墨或人造石墨经球化后得到的微粉作为基料，微粉粒径为3-6μm，所述基料外部包裹沥青中间相包覆层，包覆层平均堆积厚度为0.3-1.0μm。本专利技术同时提供了一种上述SCC高等级自组装碳/碳复合材料的制备方法，具体步骤如下：1)将天然石墨或人造石墨球化，得到粒径为3-6μm的石墨微粉；2)将石墨微粉与洗油按照质量比1:1-20的比例装入打浆容器内，控制打浆容器内温度190-230℃，压力0.2-0.4MPa，打浆时间60-90min，搅拌打浆制成半浆状中间产品；3)将原料沥青与半浆状中间产品按照质量比2-5:1的比例混合均匀，送入加热炉内加热，混合物料升温至390-450℃后，将物料入反应器内；4)保持反应器内温度为390-450℃，压力0.1-0.4MPa，聚合反应2-6h；5)聚合完成后，生成反应产物聚合物和洗油；将聚合物与洗油分离；并将洗油经冷却后回收；再将聚合物用洗油进行洗涤、萃取，分离得到包覆沥青中间相的石墨粉；6)对包覆沥青中间相的石墨粉进行干燥、碳化及石墨化，得到SCC高等级自组装碳/碳复合材料。本专利技术优于其他工艺方法的特点在于：本专利技术提供的聚合反应过程中，在高温环境下，半浆状中间产品中的洗油与原料沥青两种物质发生质置换过程，即基料石墨所吸附的洗油在温度超过自身干点后，会异向释出，而原料沥青会同向植入，通过质置置换后，原料沥青迅速吸附在基料浅层，得到包覆沥青中间相的石墨粉；再经碳化和石墨化，达到SCC材料自组装均匀复合，包覆颗粒均匀，结构稳定化、形态最佳化，提高了震实和压实密度，避免了使用阻聚剂造成的工艺难度增加和杂质的引入，利于电池极片的加工，电性能得到较大提高。附图说明图1、实施例1中原料天然石墨的光学显微照片；图2、实施例1中SCC高等级自组装碳/碳复合材料产品的光学显微照片；a、正交偏光，b、明场。具体实施方式下面用实施例来进一步说明本专利技术，但本专利技术并不仅限于此。以下实施例中使用的石墨、人造石墨、洗油(是煤焦油或石油中的馏分，230～300℃，一般为黄褐色或棕色油状液体，主要由萘类化合物、苊、芴、氧芴、酚、氮杂芳环化合物等组成)和沥青均为市售产品。实施例1将天然石墨球化，得到平均粒径为3μm的石墨微粉；在容积为10L的打浆器内加入500g平均粒径为3μm的石墨微粉，再加入洗油1000g，将打浆器内温度升温至200℃，通入氮气，保持打浆器内的压力在0.2MPa，搅拌打浆70min，打浆结束后放出浆料；将浆料与3000g沥青混合均匀后，装入加热器内加热并升温至400℃，再将物料送入反应器内，在温度400℃、0.1MPa压力下聚合反应3h；反应结束后放出物料，将洗油经冷却后回收；将聚合物用洗油进行洗涤、萃取，分离得到包覆沥青中间相的石墨粉，再经干燥、碳化、石墨化后得到SCC高等级自组装碳/碳复合材料样品1。采用常规测定方法测定的原料及产品图片见图1及图2。实施例2将人造石墨球化，得到平均粒径为5μm的石墨微粉；在容积为10L的打浆器内加入500g平均粒径为5μm的石墨微粉，再加入洗油1000g，将打浆器内温度升温至210℃，通入氮气，保持打浆器内的压力在0.3MPa，搅拌打浆80min，打浆结束后放出浆料；将浆料与3000g沥青混合均匀后，装入加热器内加热并升温至420℃，再将物料送入反应器内，在温度420℃、0.3MPa压力下反应4h；反应结束后放出物料，将洗油经冷却后回收；将聚合物用洗油进行洗涤、萃取，分离得到包覆沥青中间相的石墨粉，再经干燥、碳化、石墨化后得到SCC高等级自组装碳/碳复合材料样品2。实施例3将天然石墨球化，得到平均粒径为6μm的石墨微粉；在容积为10L的打浆器内加入500g平均粒径为6μm的石墨微粉，再加入洗油1000g，将打浆器内温度升温至230℃，通入氮气，保持打浆器内的压力在0.4MPa，搅拌打浆70min，打浆结束后放出浆料；将浆料与3000g沥青混合均匀后，装入加热器内加热并升温至430℃，再将物料送入反应器内，在温度430℃、0.4MPa压力下反应5h；反应结束后放出物料，将洗油经冷却后回收；将聚合物用洗油进行洗涤、萃取，分离得到包覆沥青中间相的石墨粉，再经干燥、碳化、石墨化后得到SCC高等级自组装碳/碳复合材料样品3。实施例1～3所得SCC碳材料的检测结果如表1。表1、SCC碳材料的检测结果实施例4将天然石墨球化，得到粒径为3～6μm的石墨微粉；在容积为10L的打浆器内加入1000g粒径为3～6μm的石墨微粉，再加入洗油1000g，将打浆器内温度升温至220℃，通入氮气，保持打浆器内的压力在0.4MPa，搅拌打浆90min，打浆结束后放出浆料；将浆料与7000g沥青混合均本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SCC高等级自组装碳/碳复合材料，其特征在于，所述复合材料以天然石墨或人造石墨经球化后得到的微粉作为基料，微粉粒径为3‑6μm，所述基料外部包裹沥青中间相包覆层，包覆层平均堆积厚度为0.3‑1.0μm。

【技术特征摘要】
1.一种SCC高等级自组装碳/碳复合材料，其特征在于，所述复合材料以天然石墨或人造石墨经球化后得到的微粉作为基料，微粉粒径为3-6μm，所述基料外部包裹沥青中间相包覆层，包覆层平均堆积厚度为0.3-1.0μm。2.一种权利要求1所述的SCC高等级自组装碳/碳复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)将天然石墨或人造石墨球化，得到粒径为3-6μm的石墨微粉；2)将石墨微粉与洗油混合置于打浆容器中，经搅拌打浆制成半浆状中间产品；3)将原料沥青与半浆状中间产品混合均匀，送入加热炉内加热，混合物料升温后，将物料放入反应器内；4)物料在反应器内进行聚合反应；5)聚合反应完成后，将反应产物与洗油分离；并将洗油经冷却后回收，将反应产物再用洗油洗涤、萃取分离，得到包覆沥青中间相的石墨粉；6)对包覆沥青中间相的石墨粉进行干燥、碳化及石墨化，得到SCC高等级自组装碳/碳复合材料。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱兴建，王永志，徐凤喜，
申请(专利权)人：鞍山兴德材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21