[發(fā)明專利]瀝青硬炭材料、其制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610016758.3
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105645379B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常鴻雁;李克健;章序文;張元新;程時富;向檸
• 申請（專利權(quán)）人: 神華集團有限責任公司;中國神華煤制油化工有限公司;中國神華煤制油化工有限公司上海研究院
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司11240
• 代理人: 趙囡囡,梁文惠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及瀝青硬炭材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種瀝青硬炭材料、其制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

硬炭材料由于具有較小的類石墨微晶尺寸和較大的層間距，以及較為合理的孔道結(jié)構(gòu)，更適合大電流下充放電過程，因而有望在電動車上應(yīng)用。

煤液化殘渣是一種高炭、高灰和高硫的物質(zhì)，室溫下的外觀呈固體瀝青狀，軟化點應(yīng)在190℃左右，固含量50％左右。煤液化殘渣中瀝青類物質(zhì)含量約20～30％左右，這部分瀝青類物質(zhì)的軟化點比較高，一般在240℃以上。然而，在實際的應(yīng)用過程中，通常僅是將煤液化殘渣進行溶劑萃取提取其中的瀝青類物質(zhì)，這樣得到的煤液化瀝青產(chǎn)品的軟化點較低，制備的硬炭材料綜合性能較差，不滿足質(zhì)量要求。

基于上述原因，如何有效利用煤液化殘渣中的瀝青類物質(zhì)制備硬炭材料，成為了一個亟待解決的問題。且解決該問題對于拓寬煤液化殘渣的應(yīng)用領(lǐng)域、避免資源的浪費、提高煤液化廠的整體經(jīng)濟效益具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種瀝青硬炭材料、其制備方法及其應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)無法利用煤液化殘渣中的瀝青類物質(zhì)制備硬炭材料的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種瀝青硬炭材料的制備方法，其包括以下步驟：將熔融的煤液化瀝青進行薄膜蒸餾，得到液化重油和瀝青類物質(zhì)；將瀝青類物質(zhì)固化、粉碎，得到瀝青粉體；以及將瀝青粉體進行炭化處理，得到瀝青硬炭材料。

進一步地，將熔融的煤液化瀝青進行薄膜蒸餾的過程中，蒸餾溫度為300～370℃、真空負壓為10～20Pa。

進一步地，將瀝青粉體進行炭化處理的步驟包括：在氮氣或惰性氣體氣氛下，將瀝青粉體置于1000～1500℃溫度下保持3～6h，冷卻后得到瀝青硬炭材料。

進一步地，將瀝青類物質(zhì)固化的步驟包括：在空氣氣氛下，將瀝青類物質(zhì)在400～500℃溫度下氧化1～2h，冷卻后得到固化后的瀝青類物質(zhì)。

進一步地，將瀝青類物質(zhì)粉碎的步驟包括：將固化后的瀝青類物質(zhì)粉碎至平均粒徑為5～15μm，得到瀝青粉體。

進一步地，將瀝青類物質(zhì)進行固化的步驟之前，先將瀝青類物質(zhì)粉碎至平均粒徑＜1mm。

進一步地，熔融的煤液化瀝青由以下方法制備而成：將軟化點為120～160℃的煤液化瀝青加熱至300～350℃，得到熔融的煤液化瀝青。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種瀝青硬炭材料，其由上述的制備方法制備而成。

進一步地，瀝青硬炭材料的平均粒徑為5～15μm，比表面積為10～20m²/g，灰分含量低于0.10wt％。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種瀝青硬炭材料作為鋰離子電池負極材料的應(yīng)用。

本發(fā)明提供的上述制備方法中，以煤液化瀝青為原料制備瀝青硬炭材料。煤液化瀝青本身的軟化點較低，對其進行薄膜蒸餾后，可以將其中高軟化點的瀝青類物質(zhì)更徹底地從液化重油中分離出來，得到高軟化點的瀝青類物質(zhì)。以該瀝青類物質(zhì)作為原料，經(jīng)歷固化、粉碎、炭化步驟后，能夠制得比表面積較小、平均粒徑合適、灰分含量較少的綜合性能達標的瀝青硬炭材料。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。

正如背景技術(shù)部分所描述的，現(xiàn)有技術(shù)中無法利用煤液化殘渣中的瀝青類物質(zhì)制備硬炭材料。為了解決這一問題，本發(fā)明發(fā)明人提供了一種瀝青硬炭材料的制備方法，該方法包括以下步驟：將熔融的煤液化瀝青進行薄膜蒸餾，得到液化重油和瀝青類物質(zhì)；將瀝青類物質(zhì)固化、粉碎，得到瀝青粉體；以及將瀝青粉體進行炭化處理，得到瀝青硬炭材料。

上述術(shù)語“煤液化瀝青”即是指煤液化殘渣經(jīng)溶劑萃取、蒸發(fā)后得到的含瀝青類物質(zhì)的產(chǎn)物，其是瀝青類物質(zhì)和液化重油的混合物。具體制備工藝如下：將煤液化殘渣與萃取溶劑加入攪拌釜中進行熱溶萃取，得到萃取混合物；對萃取混合物進行固液分離，得到分離清液；分離清液進入溶劑回收單元，經(jīng)溶劑回收后得到煤液化瀝青。該工藝是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的工藝，在此不再贅述。

本發(fā)明提供的上述制備方法中，以煤液化瀝青為原料制備瀝青硬炭材料。煤液化瀝青本身的軟化點較低，對其進行薄膜蒸餾后，可以將其中高軟化點的瀝青類物質(zhì)更徹底地從液化重油中分離出來，得到高軟化點的瀝青類物質(zhì)。以該瀝青類物質(zhì)作為原料，經(jīng)歷固化、粉碎、炭化步驟后，能夠制得比表面積較小、平均粒徑合適、灰分含量較少的綜合性能達標的瀝青硬炭材料。