一种无定型碳的制备方法技术

本发明专利技术涉及电池负极材料制备技术领域，公开了一种无定形碳负极材料的制备方法，采用乳液聚合对硬碳前驱体表面包覆聚合物，经过高温烧结得到球形硬碳材料，本发明专利技术采用的包覆方法可使硬碳前驱体在烧结时保持球形度，最终得到的球形硬碳材料性能均一稳定，加工性能良好，首次放电比容量高于400mAh/g。首次放电比容量高于400mAh/g。首次放电比容量高于400mAh/g。

【技术实现步骤摘要】
一种无定型碳的制备方法


[0001]本专利技术涉及电池负极材料制备
，尤其涉及一种无定形碳负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]负极指电源中电位（电势）较低的一端。在原电池中，是指起氧化作用的电极，从物理角度来看，是电路中电子流出的一极。
[0003]而负极材料，则是指电池中构成负极的原料，目前常见的负极材料有碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、合金类负极材料和纳米级负极材料。
[0004]锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成，锂离子电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱/嵌锂离子的负极材料。
[0005]一般来说，选择一种好的负极材料应遵循以下原则：比能量高、相对锂电极的电极电位低、充放电反应可逆性好、与电解液和粘结剂的兼容性好、比表面积小（<10m2/g）、真密度高（>2.0g/cm3）、嵌锂过程中尺寸和机械稳定性好、资源丰富、价格低廉、在空气中稳定和无毒副作用。目前，已实际用于锂离子电池的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳（如焦炭等）、硬碳等。
[0006]碳负极材料广泛应用于商品化锂离子电池，碳材料具有比容量高、成本低、循环寿命长等优点。可用于锂离子电池的碳负极材料主要有石墨及无定型碳，人工制造的碳材料存在着不同程度的无序性结构，其中低温碳化制备的无定型碳质材料的结晶性较低，通常被分成两类：软碳（可石墨化碳）和硬碳（不可石墨化碳）。
[0007]其中，软碳的结晶度低，晶粒尺寸小，与电解液相容性好；硬碳具有较高的可逆比容量，快速充放电性能好。无定型碳材料相比传统石墨负极材料，具有更高的比容量以及更好的快充性能，近年作为具有替代石墨材料潜力的新型材料被研究工作者所关注。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种首先通过乳液聚合制备表面包覆聚合物的软碳前驱体，再通过稳定化得到具有核壳结构的软碳前驱体，最后经过高温碳化得到具有核壳结构的无定形碳负极材料的制备方法。
[0009]本专利技术提供的一种无定形碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，称取预定数量的石油焦作为前驱体A，将前驱体A和设定量的蒸馏水、聚合物单体和作为乳化剂的十二烷基硫酸钠（SDS）一并加至反应釜中构成混合体系，并对反应釜抽真空，然后向反应釜中通入氮气、以及对混合体系进行搅拌，待混合体系搅拌30~120分钟后，将混合体系加热到60~70
°
C并在此温度下以0.5g/min的速率加入作为引发剂的过硫酸铵水溶液进行3~5小时的反应，反应结束后继续对反应后的混合体系搅拌、冷却，待冷却至50
°
C以下，加入破乳用的甲醇，过滤得到聚合物/石油焦复合的前驱体B；
步骤2，在氮气环境下将步骤1中得到的前驱体B低温预碳碳化处理5~10个小时，获得前驱体C，低温预碳碳化处理的焙烧温度不高于800
°
C；步骤3，在氮气环境下将步骤2中得到的前驱体C高温碳化处理，获得具有核壳结构的无定形碳负极材料，高温碳化处理的焙烧温度不低于1000
°
C。
[0010]优选地，所述石油焦的比表面积为2~10m2/g。
[0011]优选地，步骤1中，前驱体A的投料量为每1L蒸馏水中投入200~1000g前驱体A。
[0012]所述步骤1中，聚合物单体（monomer；momer）是能与同种或他种分子聚合的小分子的统称，是能起聚合反应或缩聚反应等而成高分子化合物的简单化合物，是合成聚合物所用的
‑
低分子的原料，本方案中，优选地，聚合物单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸酯中的一种或者几种的任意比例混合。
[0013]所述步骤1中，前驱体A与聚合物单体的投入质量比为100:（10~30）。
[0014]所述步骤1中，十二烷基硫酸钠（SDS）的投入量为每1L蒸馏水中投入2~4g十二烷基硫酸钠（SDS）。
[0015]所述步骤1中，过硫酸铵水溶液（10%浓度）的加入量为每1L蒸馏水中投入0.2~2g过硫酸铵水溶液。
[0016]所述步骤2中，低温预碳碳化处理的焙烧温度为400~800
°
C。
[0017]所述步骤3中，高温碳化处理的焙烧温度为1000~1400
°
C。
[0018]与现有技术方案相比本专利技术的技术方案至少具有以下优点：1、本专利技术通过乳液聚对软碳前驱体进行包覆，最终烧结所得产物为软碳、硬碳混合物，兼具两者优点。
[0019]2、本专利技术的乳液聚合过程在包覆聚合物的同时防止软碳前驱体的团聚，得到的产品尺寸均匀、加工性能好。
[0020]3、本专利技术采制备的无定形碳负极材料具有较高的充放电容量。
附图说明
[0021]本专利技术的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：图1是实施例4中无定形碳负极材料首次充放电曲线图。
具体实施方式
[0022]下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本专利技术目的技术方案，需要说明的是，本专利技术要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。
[0023]实施例1本实施例提供了一种无定形碳负极材料的制备方法，包含以下步骤：步骤1，称取200g比表面积为3m2/g的石油焦作为前驱体A。
[0024]步骤2，在反应釜中加入前驱体A和1L蒸馏水，然后加入60g单体甲基丙烯酸甲酯（MMA）和2g作为乳化剂的十二烷基硫酸钠（SDS）构成混合体系，对反应釜内抽真空后通氮气并搅拌，待混合体系搅拌30分钟后加热到60
°
C，在此温度下以0.5g/min的速率加入作为引发剂的2g过硫酸铵水溶液（10%浓度），待反应3小时后停止加热，反应结束后继续搅拌，待冷却后加入甲醇进行破乳，再用大量甲醇沉淀，过滤得到PMMA（聚合物）/石油焦复合前驱体B。
该步骤中，加入的前驱体A越少，聚合物单体量越多，则包覆量越多；乳化剂加入量以体系充分乳化为准；引发剂加入量越多，则聚合物分子量越低；使用甲醇的量以能够使前驱体充分沉淀为准。
[0025]步骤3，将步骤2中得到的前驱体B在氮气环境下500℃焙烧7个小时，获得前驱体C。
[0026]步骤4，将步骤3中的前驱体C在氮气环境下1000℃碳化，获得具有核壳结构的无定形碳负极材料。
[0027]实施例2一种无定形碳负极材料的制备方法，包含以下步骤：步骤1，称取400g比表面积为5m2/g的石油焦作为前驱体A加入反应釜。
[0028]步骤2，在反应釜中加入1L蒸馏水，然后加入60g单体甲基丙烯酸甲酯（MMA）和2.5g作为乳化剂的十二烷基硫酸钠（SDS）构成混合体系，对反应釜内抽真空后通氮气并搅拌，待混合体系搅拌90分钟后加热到60
°
C，在此温度下以0.5g/min的速率加入作为引发剂的5g过硫酸铵水溶液（10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无定形碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，称取预定数量的石油焦作为前驱体A，将前驱体A和设定量的蒸馏水、聚合物单体和作为乳化剂的十二烷基硫酸钠（SDS）一并加至反应釜中构成混合体系，并对反应釜抽真空，然后向反应釜中通入氮气、以及对混合体系进行搅拌，待混合体系搅拌30~120分钟后，将混合体系加热到60~70
°
C并在此温度下以0.5g/min的速率加入作为引发剂的过硫酸铵水溶液进行3~5小时的反应，反应结束后继续对反应后的混合体系搅拌、冷却，待冷却至50
°
C以下后加入破乳用的甲醇，过滤得到聚合物/石油焦复合的前驱体B；步骤2，在氮气环境下将步骤1中得到的前驱体B低温预碳碳化处理5~10个小时，获得前驱体C，低温预碳化处理的焙烧温度不高于800
°
C；步骤3，在氮气环境下将步骤2中得到的前驱体C高温碳化处理，获得具有核壳结构的无定形碳负极材料，高温碳化处理的焙烧温度不低于1000
°
C。2.如权利要求1所述的一种无定形碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述石油焦的比表面积为2~10m2/g。3.如权利要求1或2所述的一种无定形碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明科，张中伟，阮晓莉，黄兴兰，廖小东，李玉龙，
申请(专利权)人：东方电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：