一种各向同性焦的制备方法及其所得产品和应用技术

本发明专利技术提出一种各向同性焦的制备方法，属于锂电池负极原料制备技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种各向同性焦的制备方法及其所得产品和应用


[0001]本专利技术属于锂电池负极原料制备
，尤其涉及一种各向同性焦的制备方法及其所得产品和应用
。

技术介绍

[0002]各向同性焦炭，一般是指光学结构为细颗粒镶嵌结构，无单一取向性，这种结构决定了焦炭的性质在各个方向都是相同的，显示了宏观各向同性性质
。
各向同性焦炭在微米甚至纳米级微观尺度上是各向异性的，可以石墨化形成石墨微晶，而宏观上整体呈各向同性，因而各向同性焦炭非常适合作为各向同性石墨的骨料
。
各向同性焦炭的热膨胀系数在各个方向都是一致的，这不同于各向异性焦炭，如针状焦，其热膨胀系数各方向都不同，平行于针状纹理的轴方向最低
。
基于各向同性焦的性质将其应用于锂离子电池负极材料领域，具有超长循环寿命和高倍率充放电等优异性能
。
[0003]目前主流的各向同性焦制备方法主要为空气氧化法，以煤焦油
、
渣油或他们的沥青材料为原料，通过氧化使原料中的组分发生交联，从而在后期碳化过程中形成各向同性结构；催化法，通过催化剂的添加，使得重芳香原料的热解
、
聚合反应显著加快，中间相小球来不及生长即固化形成镶嵌结构；中间相碳微球经成型
、
焙烧制备各向同性焦；直接焦化法，采用合适的原材料，直接通过焦化工艺制得，而该方法对原材料的要求相对较高
。
[0004]专利
CN114525153A
公开了一种锂离子电池负极材料用各向同性焦的制备方法，通过闪蒸去除一次喹啉为常规煤系沥青焦制备工艺，后将闪蒸油将成核剂进行固液混合，该方法不仅过程繁琐，且该工艺难以实现，在生产过程中极易堵塞装置
。
通过引入固体成核剂来使得中间相的融并生长，虽然理论上可行，但中间相的尺寸远小于其设计的成核剂尺寸
(1
‑3微米
)
，故闪蒸油是否会在固体表面反应并生长有待验证
。
且引入的固体粉末存在团聚的可能性，产品的稳定性和一致性会受影响，不适合工业化生产
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种各向同性焦的制备方法及其所得产品和应用，本专利技术提供的方法工艺简单，适合工业化生产，且制备得到得到的同性焦石墨化后不仅容量高，且高倍率充放电性能好，适用于锂电池负极中
。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种各向同性焦的制备方法，包括如下步骤：
[0007]1)
将高硫油浆和高硫渣油进行调和，得到调和物料；按重量百分比计，所述调和物料中沥青质比例为2～
10
％，饱和分比例为
15
～
35
％，芳香分比例为
25
～
55
％，胶质比例为
15
～
35
％；
[0008]2)
将所述调和物料在
430
～
520℃
热处理5～
60s
，得到预处理物料；
[0009]3)
将所述预处理物料在惰性气氛保护下依次进行焦化处理
、
干燥处理，得到各向同性焦
。
[0010]优选的，按重量百分比计，所述高硫油浆中硫含量为
1.5
～
5.0
％
。
[0011]优选的，按重量百分比计，所述高硫渣油中硫含量为
1.5
～
5.0
％
。
[0012]优选的，所述高硫油浆和高硫渣油的质量比为
1:10
～
10:1。
[0013]优选的，所述焦化处理时的温度为
430
～
520℃
，时间为4～
24h。
[0014]优选的，所述干燥处理时的温度为
430
～
520℃
，时间为4～
24h。
[0015]优选的，干燥处理后还包括在惰性气氛保护下进行自然冷却
。
[0016]本专利技术提供了上述任意一项方法制备得到的各向同性焦，所述各向同性焦的光学结构为镶嵌结构与小域结构共存的状态，其中小域结构占比
≥58
％，镶嵌结构占比
≥30
％
。
[0017]优选的，所述各种同性焦石墨化后的表现容量
≥353mAh/g
，石墨化后的粉末
OI
值＜
4。
[0018]本专利技术提供了上述所述的各向同性焦在锂电池负极中的应用
。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0020]本专利技术采用中高硫油系原料，利用
S
杂原子增加芳香环极性，加速脱氢缩合反应；同时加速中间相的形成和固化，增加体系粘度，减少片层分子的生长，以获得小片层有序堆积的结构；渣油混掺油浆，利用高硫渣油组分调控体系反应活性，改变中间相分子排列，最终改变片层分子取向度
。
本专利技术由于在原料端引入了芳烃组分，同时控制可石墨化组分较高，相较于其他方法制得的各向同性焦容量更高，石墨化后容量表现在
353mAh/g
以上，远高于常规各向同性焦的
341mAh/g。
且石墨化后表现出较低的粉末
OI
值
(
＜
4)
，更有利于锂离子扩散传输，提升其倍率性能
。
[0021]本专利技术通过利用高硫油浆
、
高硫渣油为原料，经过滤后无需进行预处理，经加热炉后控制反应压力
、
温度直接进行焦化，工艺简单可行，产品收率高，产品一致性
、
稳定性高，制备过程成本低，适合工业化生产
。
附图说明
[0022]图1为实施例1的各向同性焦的
SEM
图；
[0023]图2为实施例2的各向同性焦的
SEM
图；
[0024]图3为实施例3的各向同性焦的
SEM
图；
[0025]图4为实施例4的各向同性焦的
SEM
图；
[0026]图5为对比例1的对比焦1的
SEM
图；
[0027]图6为对比例2的对比焦2的
SEM
图；
[0028]图7为对比例3的对比焦3的
SEM
图；
[0029]图8为对比例4的对比焦4的
SEM
图；
[0030]图9为对比例5的对比焦5的
SEM
图；
[0031]图
10
为实施例1的同性焦石墨化后的充放电曲线图
。
具体实施方式
[0032]下面将对本专利技术实施例中的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种各向同性焦的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)
将高硫油浆和高硫渣油进行调和，得到调和物料；按重量百分比计，所述调和物料中沥青质比例为2～
10
％，饱和分比例为
15
～
35
％，芳香分比例为
25
～
55
％，胶质比例为
15
～
35
％；
2)
将所述调和物料在
430
～
520℃
热处理5～
60s
，得到预处理物料；
3)
将所述预处理物料在惰性气氛保护下依次进行焦化处理
、
干燥处理，得到各向同性焦
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述高硫油浆中硫含量为
1.5
～
5.0
％
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述高硫渣油中硫含量为
1.5
～
5.0
％
。4.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志刚，王卫江，段欣，朱振涛，孙军徽，
申请(专利权)人：山东海科创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：