一种硫化亚铁沥青基复合球形活性炭的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硫化亚铁沥青基复合球形活性炭的制备方法，以吡啶为溶剂对煤焦油中温沥青进行索氏抽提，抽提时间为4‑5小时，冷却抽提溶液、抽滤并收集滤液；将聚乙烯醇、无水乙醇和去离子水混合，在水浴锅中加热至聚乙烯醇完全溶解，后冷却至室温，加入硫化亚铁粉末并超声；加热再恒温搅拌冷却至室温；在空气条件下，温升至300℃，冷却，在氮气气氛下升至680‑700℃，冷却。优点是：成品活性炭负极材料具有良好的循环性能，解决了硫化亚铁电极材料在循环过程中体积膨胀、导电性差等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种硫化亚铁沥青基复合球形活性炭的制备方法
本专利技术属于锂离子电池负极电极材料，涉及一种硫化亚铁沥青基复合球形活性炭的制备方法。
技术介绍
煤沥青是煤焦油蒸馏提取液体馏分后的残余物，约占煤焦油总量的50％-60％，是一种重要的焦化副产品，具有芳香度高、碳含量高以及金属杂质含量较低等特点，是制备炭材料的优良前驱体。沥青基球形活性炭具有比表面积大、机械性能好、吸附性能优异、装填密度均匀以及孔结构丰富等优点，被广泛应用在电极材料、催化剂、环保等方面。硫元素和铁元素是地球上较为丰富的元素，这两种元素的原料价格都较为低廉，由它们组成的化合物硫化亚铁，作为储锂材料近些年来受到了人们极大的关注。硫化亚铁(FeS)材料储锂机制为转化反应，反应式为FeS+2Li++2e-→Fe+Li2S，对应于充放电曲线中1.6V的平台，理论比容量为609mAhg-1，约为钴酸锂正极材料的4倍。其作为锂离子电池电极材料具有高能量密度、低毒性等持点，成为下一代锂离子电池电极材料的潜在选择之一。但是由于其低电子电导和储锂过程中巨大的体积变化导致电极材料的粉化，进而导致电极循环性能差，倍率性能不佳，可以选择煤沥青碳对其进行包覆来改善这些问题。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种硫化亚铁沥青基复合球形活性炭的制备方法，抑制硫化亚铁作为锂离子电池负极材料充放电循环性能差、放电比容量小、导电性低的问题。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种硫化亚铁沥青基复合球形活性炭的制备方法，包括以下步骤：1)以吡啶为溶剂对煤焦油中温沥青进行索氏抽提，取吡啶80-150ml、煤焦油中温沥青0.5-1.5g进行索氏抽提，抽提时间为4-5小时，冷却抽提溶液、抽滤并收集滤液；2)将1788型聚乙烯醇、无水乙醇和去离子水按照质量比为2.25：21.33：150混合，在水浴锅中加热到90-95℃，确保聚乙烯醇完全溶解，最后冷却至室温；3)将步骤1)和步骤2)得到的溶液混合，加入硫化亚铁粉末0.1-0.3g并超声2-5min；4)将超声后的混合溶液加热至83-85℃时再恒温搅拌15-20min；5)搅拌后的溶液冷却至室温，抽滤，即得硫化亚铁沥青基复合球形活性炭前驱体；6)将硫化亚铁沥青基复合球形活性炭前驱体在空气条件下，从室温升至300℃，升温速率为0.10-0.15℃/min，并在300℃恒温3-4小时，待自然冷却，取出样品；样品在氮气气氛下，从室温升至680-700℃，升温速率为2.75-2.85℃/min，在680-700℃恒温3-4小时，待自然冷却取出样品，得到成品，即为硫化亚铁沥青基复合球形活性炭。所述的无水乙醇的密度为0.79g/ml。所述的煤焦油中温沥青为100目筛下。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过本专利技术方法制备的硫化亚铁沥青基复合球形活性炭负极材料具有良好的循环性能，解决了硫化亚铁电极材料在循环过程中体积膨胀、导电性差等问题。掺杂0.1、0.2、0.3g的硫化亚铁沥青基复合球形活性炭循环40圈后放电容量分别为194.5、175.8、169.5mAh/g，库伦效率都接近100％。附图说明图1硫化亚铁沥青基复合球形活性炭的生产工艺流程图。图2硫化亚铁沥青基复合球形活性炭的XRD图。图2中：a为掺杂0.1gFeS的复合沥青球XRD曲线；b为掺杂0.2gFeS的复合沥青球XRD曲线；c为掺杂0.3gFeS的复合沥青球XRD曲线。图3掺杂FeS的复合沥青球的扫描电镜图。图3中：(a)、(b)为掺杂0.1gFeS的复合沥青球扫描电镜图及局部放大图；(c)、(d)为掺杂0.2gFeS的复合沥青球扫描电镜图及局部放大图；(e)、(f)为掺杂0.3gFeS的复合沥青球扫描电镜图及局部放大图。图4掺杂FeS的复合沥青球的电化学性能图。图4中：(a)、(b)为掺杂0.1gFeS的复合沥青球倍率性能和循环性能图；(c)、(d)为掺杂0.2gFeS的复合沥青球倍率性能和循环性能图；(e)、(f)为掺杂0.3gFeS的复合沥青球倍率性能和循环性能图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术进行详细地描述，但是应该指出本专利技术的实施不限于以下的实施方式。实施例1见图1，一种硫化亚铁沥青基复合球形活性炭的制备方法，包括以下步骤：1)以80-150ml吡啶为溶剂对0.5-1.5g煤焦油中温沥青(颗粒大小为100目)进行索氏抽提，抽提时间为4-5小时，冷却抽提溶液、抽滤并收集滤液；优选的，取吡啶80、100、120、150ml、煤焦油中温沥青0.5、1、1.2、1.5g进行索氏抽提；2)将2.25g的聚乙烯醇1788型、27ml的无水乙醇(密度为0.79g/ml)和150ml去离子水混合，在水浴锅中加热到90-95℃，优选90℃、92℃、95℃，确保聚乙烯醇完全溶解，最后冷却至室温；3)将步骤1)和步骤2)得到的溶液混合，加入硫化亚铁粉末0.1-0.3g并超声2-5min，优选2、3、4、5min；4)将超声后的混合溶液加热至83-85℃，优选83、85、84℃，再恒温搅拌15-20min，优选15、18、20min；5)搅拌后的溶液冷却至室温，抽滤，即得硫化亚铁沥青基复合球形活性炭前驱体；6)将硫化亚铁沥青基复合球形活性炭前驱体在空气条件下，从室温升至300℃，升温速率为0.1-0.15℃/min，优选0.1、0.12、0.13、0.15℃/min，并在300℃恒温3-4小时，优选4小时，待自然冷却，取出样品；样品在氮气气氛下，从室温升至680-700℃，优选680、685、688、700℃，升温速率为2.75-2.85℃/min，优选2.75、2.78、2.81、2.85℃/min，在700℃恒温3-4小时，优选4小时，待自然冷却取出样品，得到成品，即为硫化亚铁沥青基复合球形活性炭。锂离子电池的组装过程，其中包括电极片的制备以及组装锂离子电池的过程，具体如下：1、按质量比8:1:1分别称取硫化亚铁沥青基复合球形活性炭、导电剂(Super-P)、粘结剂(PVDF)研磨混合均匀，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)调成粘稠的浆料，然后用涂膜器将浆料均匀涂布在集流体(铜箔)表面。2、将涂布有浆料的铜箔放入120℃真空烘箱中烘烤12h，除去NMP溶剂。最后将铜箔切成直径为11mm的圆形电极片备用。封装电池的先后顺序如下：负极壳、锂片、隔膜、负极电极片、垫片、弹簧片、正极壳。在整个测试元件中，锂片发挥着对电极和参比电极的作用。封装锂离子电池的整个过程都是在充满氩气的手套箱中进行操作，而且水、氧含量都小于0.1ppm。图2是实施例1所得样品的XRD图，a、b、c分别为掺杂0.1g、0.2和0.3gFeS的曲线。由图可知，所得样品中曲线均和标准卡片FeS标准峰相对应，表明成功制备了为硫化亚铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫化亚铁沥青基复合球形活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)以吡啶为溶剂对煤焦油中温沥青进行索氏抽提，取吡啶80-150ml、煤焦油中温沥青0.5-1.5g进行索氏抽提，抽提时间为4-5小时，冷却抽提溶液、抽滤并收集滤液；/n2)将1788型聚乙烯醇、无水乙醇和去离子水按照质量比为2.25：21.33：150混合，在水浴锅中加热到90-95℃，确保聚乙烯醇完全溶解，最后冷却至室温；/n3)将步骤1)和步骤2)得到的溶液混合，加入硫化亚铁粉末0.1-0.3g并超声2-5min；/n4)将超声后的混合溶液加热至83-85℃时再恒温搅拌15-20min；/n5)搅拌后的溶液冷却至室温，抽滤，即得硫化亚铁沥青基复合球形活性炭前驱体；/n6)将硫化亚铁沥青基复合球形活性炭前驱体在空气条件下，从室温升至300℃，升温速率为0.10-0.15℃/min，并在300℃恒温3-4小时，待自然冷却，取出样品；样品在氮气气氛下，从室温升至680-700℃，升温速率为2.75-2.85℃/min，在680-700℃恒温3-4小时，待自然冷却取出样品，得到成品，即为硫化亚铁沥青基复合球形活性炭。/n...

【技术特征摘要】
1.一种硫化亚铁沥青基复合球形活性炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)以吡啶为溶剂对煤焦油中温沥青进行索氏抽提，取吡啶80-150ml、煤焦油中温沥青0.5-1.5g进行索氏抽提，抽提时间为4-5小时，冷却抽提溶液、抽滤并收集滤液；
2)将1788型聚乙烯醇、无水乙醇和去离子水按照质量比为2.25：21.33：150混合，在水浴锅中加热到90-95℃，确保聚乙烯醇完全溶解，最后冷却至室温；
3)将步骤1)和步骤2)得到的溶液混合，加入硫化亚铁粉末0.1-0.3g并超声2-5min；
4)将超声后的混合溶液加热至83-85℃时再恒温搅拌15-20min；
5)搅拌后的溶液冷却至室温，抽滤，即得硫化亚铁沥青基复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：周卫民，李建科，徐桂英，高明筱，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21