[發明專利]一種瀝青基納米多孔碳材料、使用該多孔碳材料的負極材料及鋰離子電池

在審

• 申請號: 201410191815.2
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN104300150A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 付萬群;李玉峰;付世敏
• 申請（專利權）人: 河南中聯高科新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發明屬于多孔碳材料技術領域，具體涉及一種瀝青基納米多孔碳材料，同時還涉及一種使用該多孔碳材料的負極材料及鋰離子電池。

背景技術

負極材料是鋰離子電池的主要組成部分，并對鋰離子電池的循環性能、安全性能及其倍率性能產生重要影響。而市場要求負極材料具有較好的循環性能、加工性能及其優異的吸液能力。目前市場上所用的石墨類負極材料由于具有較小的比表面積，造成材料的吸液能力較差、循環性能一般，因此開發出一種具有較大比表面積的負極材料成為提高負極材料性能的選擇之一。

造孔技術是提高材料比表面積的方法之一，即在材料表面制備出具有納米孔的碳材料，以提高材料的吸液保液能力，從而提高材料的循環性能。目前，制備納米孔碳材料的方法主要有軟模板法和硬模板法，但是這兩種方法都需要加入模板，存在工序復雜、合成條件苛刻、過程難以控制、價格昂貴等問題，限制了其廣泛應用。因此，采用無模板法制備多孔碳材料成為一種不錯的選擇。

瀝青是棕褐色有機膠凝狀物質，主要成分是瀝青質和樹脂，其次有高沸點的礦物油和少量的氧、硫和氯的化合物，常溫下是粘稠狀液體或固體。由于瀝青具有資源豐富、價格低廉、含碳量高、流動性好、易石墨化的優點，因此成為制備石墨類材料的常用材料，但是由于瀝青基材料具有比表面積小、吸液性能差等缺陷，限制了其材料性能的充分發揮。

發明內容

本發明的目的是提供一種比表面積大、吸液性能好的瀝青基納米多孔碳材料。

本發明的第二個目的是提供一種使用上述瀝青基納米多孔碳材料的負極材料。

本發明的第三個目的是提供一種使用上述負極材料的鋰離子電池。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：一種瀝青基納米多孔碳材料，所述多孔碳材料主要由以下原料制成：瀝青0.1～10g、無水三氯化鋁3～50g、無水四氯化碳100～400ml、反應終止劑200～500ml，上述各原料的量可以按比例任意調整。

所述反應終止劑為乙醇與水的體積比為100:50～100的混合液。

所述的水為二次蒸餾水。

所述多孔碳材料是將瀝青溶于無水四氯化碳，再加入無水三氯化鋁作為催化劑進行Friedel-Crafts反應(付克反應)，后用反應終止劑終止反應，取固體產物進行炭化后得到。

所述多孔碳材料是將瀝青溶于無水四氯化碳，再加入無水三氯化鋁作為催化劑進行Friedel-Crafts反應，后用反應終止劑終止反應，取固體產物依次進行炭化、活化后得到。

所述Friedel-Crafts反應的反應溫度為30～75℃，反應時間為2～72h。

所述炭化的溫度為300～1000℃，炭化時間為2～12h。所述炭化是在惰性氣氛下進行的。所述惰性氣氛為200～800ml/min流速的氮氣氣氛。達到炭化溫度的升溫速率為2～5℃/min。

所述活化是依次經活化劑活化、高溫活化。

所述活化劑活化中，活化劑與所述炭化得到的碳化物的質量比為1～10:1；所述高溫活化的溫度為500～900℃，活化時間為6～12h。

所述活化劑為NaOH。活化劑活化時，將所述炭化得到的碳化物與NaOH加入水/乙醇混合液中充分混合，后干燥。

所述高溫活化是在惰性氣氛下進行的。所述惰性氣氛為200～800ml/min流速的氮氣氣氛。達到高溫活化溫度的升溫速率為1～2℃/min。

高溫活化后，活化產物經洗滌、過濾和干燥后，得到所述的瀝青基納米多孔碳材料。

所述洗滌之前，將活化產物的溫度降低至50℃以下。所述洗滌是用去離子水和濃鹽酸按5～20:1的體積比混合而成的溶液在沸騰條件下洗滌2～8次，再用去離子水洗滌1～4次。所述干燥的溫度為80～100℃，干燥時間為12～24h。

所述瀝青基納米多孔碳材料，具體是由以下方法制備的：

1)將0.1～10g的瀝青加入6～300ml的無水四氯化碳中，攪拌溶解，得混合物A；

2)將3～50g的無水三氯化鋁加入剩余的無水四氯化碳中(無水四氯化碳的總用量為100～400ml)，無水三氯化鋁溶解后，再加入步驟1)所得混合物A，攪拌條件下加熱回流進行Friedel-Crafts反應，后加入200～500ml的反應終止劑終止反應，取反應所得混合體系依次經過濾、洗滌、過濾、干燥后，得固體產物；

3)將步驟2)所得固體產物置于惰性氣體氣氛下加熱炭化，得碳化物；