一种预粉碎处理沥青制备硬碳材料的方法其应用技术

本发明专利技术涉及一种预粉碎处理沥青制备硬碳材料的方法其应用。根据本发明专利技术的技术方案，在沥青常规粉碎碳化之前先通过于QS

【技术实现步骤摘要】
一种预粉碎处理沥青制备硬碳材料的方法其应用


[0001]本专利技术涉及电池材料领域，具体涉一种预粉碎处理沥青制备硬碳材料的方法其应用。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池行业迎来高景气，带动了锂价格的上升，并且国内的锂资源缺乏且依赖国外进口，钠因其价格相对锂低廉且国内资源丰富，钠离子电池近年来引来了发展的高峰。但目前钠电负极材料遇到了充放电比容量低且首次库伦效率低的问题。
[0003]在对钠电负极材料的研究中发现，作为钠电负极材料的硬碳材料的比表面积与钠离子电池的电化学性能比较相关。较低比表面积的硬碳材料可以调节钠离子电池在放电过程中斜坡区域和平台区域的容量，斜坡区域更多地是硬碳对钠离子地吸附机制，平台区域更多地是对钠离子地脱嵌机制，从而提高了钠离子电池的首次库伦效率和充放电比容量。而且较低比表面积的硬碳材料能有效地减少跟电解液的接触面积，减少了副反应的发生。但较低比表面积却并不能保证硬碳材料都获得优异电化学性能，有些低比表面积的硬碳材料的电化学性能并没有体现出优异效。因此，要再确定硬碳材料合适的比表面积的基础上，进一步研究调节钠离子电池在放电过程中斜坡区域和平台区域的容量的因素，确定科学的较低比表面积的硬碳材料的制备方法，能为钠离子电池带来优异的电化学性能，为解决钠离子电池负极稳定性问题提供了新的技术路线。

技术实现思路

[0004]为了解决以上问题，本专利技术提出一种预粉碎处理沥青制备硬碳材料的方法及其应用。
[0005]本专利技术提供了一种预粉碎处理沥青制备硬碳材料的方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1)：首先称取100g沥青，将沥青置于QS
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100小型气流粉碎机之中，进行粉碎处理，粉碎压力为0.8Mpa，加料的压力设置为0.8Mpa，耗气量设置为1.3m3/min，粉碎时间设置为30
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60min，空压机的功率为11kW，得到预粉碎的沥青颗粒；
[0007]步骤2)：将上述预粉碎的沥青颗粒置于高速球磨机中，与氧化锆球以1：6的质量比混合，启动球磨机，高速球磨2
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3h；
[0008]步骤3)：将步骤2)球磨好的沥青粉末与丙烯酰胺以7：1的质量比例进行研磨混合；
[0009]步骤4)：将上述混合好的沥青粉末置于管式炉中，通入无水空气气氛，以2
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5℃升温速率升至200℃，保温时间为8
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12h；
[0010]步骤5)：将步骤4)获得的沥青粉末置于高温管式炉中进行碳化处理，升温速度为5
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10℃/min，升温至600
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800℃，保温时间为1
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2h，随后继续升温处理，升温速度为5
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10℃/min，升温至1200
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1500℃，保温时间为2
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4h；
[0011]步骤6)：将上述碳化处理后的材料置于500目的不锈钢网筛子中进行过筛处理，得到硬碳材料。
[0012]进一步，步骤2)所述高速球磨机球磨速度为900
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1000r/min。
[0013]进一步，步骤4)所述管式炉保温温度为200
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250℃。
[0014]进一步，步骤5)所述高温碳化炉为1600℃管式炉，其内部的装料坩埚为刚玉坩埚。
[0015]进一步，所述沥青为石油沥青、煤焦沥青、天然沥青中的一种或几种。
[0016]本专利技术所述预粉碎处理沥青制备硬碳材料的方法制备的硬碳材料应用在钠离子电池中，将硬碳材料按照硬碳:炭黑:CMC:SBR＝90:3:3:4的比例制备成浆料涂覆在铜箔上，得到硬碳极片，作为钠离子电池负极。
[0017]本专利技术的有益效果如下：
[0018]硬碳材料的储钠机制主要为吸附和脱嵌机制，斜坡区域的产生主要由硬碳材料的缺陷和空位对钠离子的吸附，平台区域的产生主要由钠离子嵌入硬碳材料的晶格主导，较大的表面积导致缺陷较多，为吸附机制大于嵌入机制；过小的比表面积导致其吸附容量较少，主要为嵌入机制主导，因此，需要调控吸附机制和嵌入机制的容量，使其达到最优异的储钠容量。
[0019]根据本专利技术的技术方案，在沥青常规粉碎碳化之前先通过于QS
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100小型气流粉碎机进行预粉碎处理，粉碎压力为0.8Mpa，加料的压力设置为0.8Mpa，并且在后续的研磨处理中与丙烯酰胺以7：1的质量比例进行研磨混合，丙烯酰胺起到了构筑高分子的作用，提高了沥青的分子量，同时引入了含氧官能团，有利于提高硬碳的产率。
[0020]采用本专利技术的方法制备的硬碳材料，D60：10
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15μm，比表面积为1
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3m2/g，同时首次放电比容量可达308.98mAh/g；首圈库伦效率达到87.65％，循环100圈后比容量保持在86％。该结果表明本专利技术所制造的硬碳材料可以给钠离子电池提供高的初始比容量，高的首圈库伦效率和优异的容量稳定性，符合钠离子电池的需求，为钠离子电池的发展提供了优异的负极材料。
附图说明
[0021]图1是实施例1制备的硬碳材料的SEM图；
[0022]图2是实施例1制备的硬碳材料的BET图；
[0023]图3是实施例1中钠离子电池的首次充放电曲线图；
[0024]图4是实施例1中钠离子的循环性能和库仑效率曲线图；
[0025]图5是实施例2制备的硬碳材料的BET图；
[0026]图6是实施例3制备的硬碳材料的BET图。
具体实施方式
[0027]以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。
[0028]实施例1：
[0029]步骤1)、首先称取100g沥青，将沥青置于QS
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100小型气流粉碎机之中，进行粉碎处理，粉碎压力为0.8Mpa，加料的压力设置为0.8Mpa，耗气量设置为1.3m3/min，粉碎时间设置为50min，空压机的功率为11kW，得到沥青颗粒的粒径D90：20
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25μm，比表面积为8
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10.5m2/g；
[0030]步骤2)、将粉碎后的沥青颗粒置于自制高速球磨机中，将粉碎后的沥青颗粒与氧
化锆球以1：6的质量比混合置于氧化锆球磨罐中，启动球磨机，以900r/min的速度球磨2
‑
3h；
[0031]步骤3)、将步骤2)球磨好的沥青粉与丙烯酰胺以7：1的质量比例进行研磨混合，其中丙烯酰胺起到了构筑高分子的作用，提高了沥青的分子量，同时引入了含氧官能团，有利于提高硬碳的产率；
[0032]步骤4)、将混合好的沥青粉置于管式炉中，通入无水空气气氛，以5℃/min升温速率升至200℃，保温时间为12h，一是促进其高分子化的进程，更多的引入含氧官能团；二是去除沥青中含有的水分；
[0033]步骤5)、将步骤4)处理后的沥青粉置于高温管式炉中进行碳化处理，升温速度为5℃/m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预粉碎处理沥青制备硬碳材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)：首先称取100g沥青，将沥青置于QS
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100小型气流粉碎机之中，进行粉碎处理，粉碎压力为0.8Mpa，加料的压力设置为0.8Mpa，耗气量设置为1.3m3/min，粉碎时间设置为30
‑
60min，空压机的功率为11kW，得到预粉碎的沥青颗粒；步骤2)：将上述预粉碎的沥青颗粒置于高速球磨机中，与氧化锆球以1：6的质量比混合，启动球磨机，高速球磨2
‑
3h；步骤3)：将步骤2)球磨好的沥青粉末与丙烯酰胺以7：1的质量比例进行研磨混合；步骤4)：将上述混合好的沥青粉末置于管式炉中，通入无水空气气氛，以2
‑
5℃升温速率升至200℃，保温时间为8
‑
12h；步骤5)：将步骤4)获得的沥青粉末置于高温管式炉中进行碳化处理，升温速度为5
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10℃/min，升温至600
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800℃，保温时间为1
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2h，随后继续升温处理，升温速度为5
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10...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪，杜宁，王飞，赵金保，张义永，杨春满，张英杰，董鹏，朱子翼，段林强，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：