【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储能领域，具体涉及一种各向同性焦炭及其制备方法与应用。
技术介绍
1、各向同性碳材料是一款材料中微晶无序地取向排列具有各向同性的碳材料，其具有优异的减速和反射性能，同时具有理想的结构强度、耐高温性和抗氧化性，理论上是一款较为合适的二次电池负极材料。
2、然而现有的各向同性碳材料尤其是商业化的各向同性石墨材料由于生产原料和生产工艺的差异性，制备产品的刚性、结构稳定性以及导电性也存在较大差异，兼顾难度较大，例如为了提升产品的自身密度，部分工艺可能会牺牲材料的结构稳定性；或者为了改善产品的微观堆积程度而引入额外的改性剂，但这些改性剂可能会削弱材料的导电性。因此，各向同性碳材料相比于现有其他类型的石墨商业化材料在性能上仍具有较大的提升空间，尤其是对于二次电池负极材料而言，各向同性的碳材料结构反而并不利于长循环的实际应用。
技术实现思路
1、基于现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种各向同性焦炭的制备方法，该方法以重质页岩焦油为原料，通过复配特定的反应助剂并在特定的反应条件下构建具有高刚性、高结构稳定性以及高导电性的各向同性焦炭，所述材料在应用在二次电池负极材料时可实现优异的电化学性能。
2、为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种各向同性焦炭的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将重质页岩焦油、喹啉不溶物以及蒽混合均匀，随后在加热至485～500℃焦化12～45s，得预焦化料；所述重质页岩焦油、喹啉不
5、(2)将预焦化料在惰性气氛下加热至460～500℃焦化8～24h，干燥，即得所述各向同性焦炭。
6、油页岩是一种含有大量矿物和有机质的固体矿物，其氢/碳原子比高，其提炼出来的重质页岩焦油焦化温度低，非常有利于在较低能耗下即可生产出各向同性碳材料，因此在本专利技术所述工艺中，专利技术人采用该物料作为主要原材料，同时选择来自于煤沥青的喹啉不溶物(qi)以及蒽作为改性成分与重质页岩焦油共同焦化，在焦化过程中，由于喹啉不溶物的极性使得重质页岩焦油的脱氢缩合反应加快并形成中间相，增加焦化体系的整体粘度，减少片层分子的生长，从而使得产品产生较多小片层有序堆积的良性结构，并且蒽的引入可以提升所得焦炭的刚性，增强中间相的结构稳定性。制备的各向同性焦炭中纤维结构的镶嵌结构比例合适，产品在应用于二次电池负极材料时，可以有效兼顾充放电容量和循环性能尤其是长循环性能，综合应用效果优异。
7、优选地，所述步骤(1)中，重质页岩焦油、喹啉不溶物以及蒽的质量之比为(95.5～96.5)：(3～4)：(0.5～1)。
8、在焦化过程中，喹啉不溶物和蒽的引入量会对所得焦炭材料的复相结构存在影响，并非越多越好，同时两者的添加比例也会使得产品中的纤维相、大片层相以及镶嵌相占比发生差异化，若纤维相占比较高，产品的各向同性取向度高，产品的相对容量较高，但结构稳定性稍差，在倍率以及循环尤其是长循环性能上的表现有所削弱，而镶嵌相的占比较高则与之相反，因此若要实现产品在作为二次电池负极材料时兼具容量和循环稳定性合格指标的电化学性能，需要对两者的占比以及两者间的配比进行考究，而经过优选，以上述配比下制备的产品综合性能最佳。
9、优选地，所述步骤(1)中，加热时的平均升温速率为1.52～1.79℃/min。
10、在预焦化过程中，加热升温速率对于其焦化后内部的分子结构也有一定影响，如果升温速率过快或过慢，都可能会使得产品的内部结构不能很好地兼顾容量和循环性能，因此经过优选，以上述平均升温速率将原料加热进行预焦化处理效果最佳。
11、优选地，所述步骤(1)中，焦化时的压力设置为0.3～0.4mpa。
12、优选地，所述步骤(2)中，焦化时的时间为15～20h。
13、在焦化过程中，随着焦化时间的推移，产品中的各相结构占比有所变化，经过优选，当焦化时的时间选择在上述范围内时，产品的综合性能更优。
14、优选地，所述步骤(2)中，干燥时的温度为460～500℃，时间为8～24h。
15、本专利技术的另一目的在于提供所述各向同性焦炭的制备方法制备得到的各向同性焦炭。
16、本专利技术所述制备方法制备的各向同性焦炭中包含了镶嵌结构和纤维、片层等相形成的小域结构，各结构占比合适，因此具有非常理想的电化学性能，在用于二次电池负极材料时，不仅实现了各向同性碳材料所具备的高放电比容量(＞340mah/g)，同时材料的粉末oi值偏低，具有优异的循环尤其是长循环性能以及倍率性能，综合性能极佳。
17、本专利技术的再一目的在于提供一种二次电池，所述二次电池包括负极极片，所述负极极片包括本专利技术所述各向同性焦炭。
18、本专利技术的有益效果在于，本专利技术提供了一种各向同性焦炭及其制备方法与应用，该方法以重质页岩焦油为原料，通过复配特定的反应助剂并在特定的反应条件下构建具有高刚性、高结构稳定性以及高导电性的各向同性焦炭，所述材料在应用在二次电池负极材料时可实现优异的电化学性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种各向同性焦炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述各向同性焦炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，重质页岩焦油、喹啉不溶物以及蒽的质量之比为(95～96.5)：(3～4)：(0.5～1)。
3.如权利要求1所述各向同性焦炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，加热时的平均升温速率为1.52～1.79℃/min。
4.如权利要求1所述各向同性焦炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，焦化时的压力设置为0.3～0.4MPa。
5.如权利要求1所述各向同性焦炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，焦化时的时间为15～20h。
6.如权利要求1所述各向同性焦炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，干燥时的温度为460～500℃，时间为8～24h。
7.如权利要求1～6任一项所述各向同性焦炭的制备方法制备得到的各向同性焦炭。
8.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括负极极片，所述负极极片包括权利要求7所述各向同性焦炭。
【技术特征摘要】
1.一种各向同性焦炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述各向同性焦炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，重质页岩焦油、喹啉不溶物以及蒽的质量之比为(95～96.5)：(3～4)：(0.5～1)。
3.如权利要求1所述各向同性焦炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，加热时的平均升温速率为1.52～1.79℃/min。
4.如权利要求1所述各向同性焦炭的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，焦化时的压力设置为...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈士朋，张伶俐，王康，李纾黎，夏信德，
申请(专利权)人：广州鹏辉能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。