【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于沥青的深加工，尤其涉及一种光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法。
技术介绍
1、钠离子电池具有与锂离子电池类似的能量存储机制，并且由于成本低和钠资源丰富，有效缓解锂资源储量不足这一难题，可以与可再生能源的发电设施搭配，解决可再生能源发电不稳定的问题、替代铅酸电池满足低速电动车和工程机械车等对能量密度要求小的车辆的需求，而且安全性高，可用作高值固定设施的电源储备，成为当前国内外研究的热点，而制备是发展钠离子电池储能的技术关键，已成为钠离子电池实用化的必由之路。
2、负极材料作为钠离子电池的核心部件，应具备高容量、高首效、高倍率、优异循环性能和制备工艺简单等条件。石油沥青是原油蒸馏后的残渣，煤沥青是煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成，两者由于成本低、含碳量高，己经被广泛用作制备软炭的碳源，adelhelm等人在2011年首次报道了沥青基衍生炭用作钠离子电池负极材料，虽存在储钠容量低，首次库仑效率仅能达到为14％的问题，但也是以低成本的沥青为碳源制备高性能的碳负极材料将会成为发展规模化储能钠离子电池的重大突破。
3、根据钠电池的储能机理可分为“嵌入-吸附”机制、“吸附-填充”机制、“吸附-嵌入”机制。通过加入高分子改性剂及光引发剂，采用紫外照射光促使沥青与高分子改性剂之间进行交联反应得到的改性沥青，形成的改性沥青在高温处理后，有效提高片层间的无序程度，乱层结构提高储钠能力；同时交联结构的改性沥青，提高了沥青材料的强度，降低了离子脱嵌带来的片层结构塌陷破坏情况，进而提高了钠离子电池的循环
4、目前，行业内关于煤沥青、石油沥青与高分子改性剂改性沥青还没有明确的标准，现有的沥青为不同软化点的油系或煤系沥青，沥青的软化点、结焦值、喹啉不溶物含量等质量特性参差不齐，而现有的高分子改性剂为塑料类、橡胶类、涂料类的纯改性剂或混合改性剂，存在均一性较差、改性所需工艺复杂、改性后材料形貌难控制等问题，难以达到预期改性目的，无法满足储能电池对负极材料的需求。因此制备一种专门适用于钠离子电池负极材料的改性类球形沥青，对储能未来的发展具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，利用光引发高分子与沥青交联改性沥青，高温转化制备类球形材料。沥青可以为天然沥青、煤沥青、石油沥青等，加入高分子改性剂及光引发剂，制备出改性沥青延展性好、结焦值高，高温惰性条件下，具有高机械强度，高层间距的大乱层类球形结构，实现高容量储钠，具有快速脱嵌钠离子能力，进而提高了钠离子电池的负极材料的电化学性能。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
3、光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下方法步骤：
4、1)以沥青为原料，加热至熔融状态后进行搅拌，并向其中加入一定质量的高分子改性剂和光引发剂；
5、2)在120～200℃的恒温下高速搅拌一定时间，搅拌速率为2000～5000r/min，搅拌时间为10min～1h；
6、3)降低搅拌速率，进行紫外灯照射，引发交联聚合；
7、4)关闭加热，缓慢搅拌直至温度降至室温，得到改性沥青；
8、5)以2～10℃/min的升温速率升至1100～1600℃进行高温碳晶型转变，升温及保温总时间为2～8h，得到类球形结构材料；
9、6)将其置于真空干燥箱进行干燥，得到类球形结构负极材料。
10、上述步骤1)中所述沥青为天然沥青、煤沥青、石油沥青中的一种；所述高分子改性剂为石油树脂、酚醛树脂、增塑型树脂、增容树脂、丁苯橡胶中的一种或几种混合；所述光引发剂为tpo、bpo、lpo、dcp、tbpb、tpgda、tmpta、hdda中的一种。
11、上述步骤1)中沥青与高分子改性剂的质量比为(2.3～19)∶1，引发剂占沥青与高分子改性剂两者总质量比为(0.005～0.015)∶1；搅拌转数为500～1000r/min，搅拌时间为1～4h。
12、上述步骤3)中的搅拌速率为≥800，＜2000r/min，搅拌及紫外光照射时间为1～8h。
13、上述步骤4)中搅拌转数为100～800r/min。
14、上述步骤5)中的碳晶型转变过程采用氮气氛保护。
15、上述步骤6)中真空干燥箱干燥温度为120～180℃，时间为4～12h，得到类球形负极材料。
16、所述类球形结构负极材料的软化点为150～200℃，喹啉不溶物含量≤0.2％，结焦值为58％～70％。
17、所述类球形结构负极材料应用于钠离子电池负极材料。
18、与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：
19、本专利技术通过光引发剂引发，高分子材料与沥青进行沥青交联改性。该方法制备改性类球形沥青工艺简单易操作，交联结构可提高机械性能，也可增大无序程度，同时利用光诱导、高温热反应机理协同作用进行类球形结构转变，提高钠离子在其材料中的扩散速率，实现钠离子高效脱嵌，大大提高了钠离子电池的倍率性能；高分子改性可在高温晶型转化的过程中，增大片层间距，有效提高钠离子电池的储钠容量。综上，本专利技术生产工艺操作性强、反应条件温和、成本低，制备的改性沥青经高温转化成类球形材料，其性能完全满足钠离子电池负极材料的需求，是一种高分子改性沥青为原料制备钠离子电池负极材料的新方法。
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1.光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤1)中所述沥青为天然沥青、煤沥青、石油沥青中的一种；所述高分子改性剂为石油树脂、酚醛树脂、增塑型树脂、增容树脂、丁苯橡胶中的一种或几种混合；所述光引发剂为TPO、BPO、LPO、DCP、TBPB、TPGDA、TMPTA、HDDA中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤1)中沥青与高分子改性剂的质量比为(2.3～19)∶1，引发剂占沥青与高分子改性剂两者总质量比为(0.005～0.015)∶1；搅拌转数为500～1000r/min，搅拌时间为1～4h。
4.根据权利要求1所述的光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤3)中的搅拌速率为≥800，＜2000r/min，搅拌及紫外光照射时间为1～8h。
5.根据权利要求1所述的光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料
6.根据权利要求1所述的光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤5)中的碳晶型转变过程采用氮气氛保护。
7.根据权利要求1所述的光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤6)中真空干燥箱干燥温度为120～180℃，时间为4～12h。
8.根据权利要求1所述的光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述类球形结构负极材料的软化点为150～200℃，喹啉不溶物含量≤0.2％，结焦值为58％～70％。
9.根据权利要求1所述的光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述类球形结构负极材料应用于钠离子电池负极材料。
...【技术特征摘要】
1.光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤1)中所述沥青为天然沥青、煤沥青、石油沥青中的一种；所述高分子改性剂为石油树脂、酚醛树脂、增塑型树脂、增容树脂、丁苯橡胶中的一种或几种混合；所述光引发剂为tpo、bpo、lpo、dcp、tbpb、tpgda、tmpta、hdda中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤1)中沥青与高分子改性剂的质量比为(2.3～19)∶1，引发剂占沥青与高分子改性剂两者总质量比为(0.005～0.015)∶1；搅拌转数为500～1000r/min，搅拌时间为1～4h。
4.根据权利要求1所述的光引发高分子交联改性钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，上述步骤3)中的搅拌速率为≥800，＜...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊勃言，郭明聪，宋天永，马畅，吕晗，郑海峰，屈滨，王海洋，王守凯，
申请(专利权)人：中钢集团鞍山热能研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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