[發(fā)明專利]一種硬碳基負(fù)極材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011446743.3
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112551505B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葛傳長;仰永軍
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東凱金新能源科技股份有限公司
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 東莞恒成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44412
• 代理人: 韓丹

本發(fā)明公開了一種硬碳基負(fù)極材料的制備方法，包括如下制備步驟：將底甘油渣中加入醇溶劑，攪拌并加熱至沸騰，直至溶解成液體；將甘油渣溶液經(jīng)再加入二甲胺；將胺化后的甘油渣溶液置于高溫加熱爐中，進(jìn)行一次碳化處理；將一次碳化的甘油渣放置于等離子體燒結(jié)爐中，抽真空，然后加壓并升溫?zé)Y(jié)；將二次碳化的甘油渣放入電弧爐中，在惰性氣體的保護(hù)下，升溫?zé)Y(jié)，進(jìn)行三次碳化處理；將硬碳基材料和導(dǎo)電劑混合后，進(jìn)行研磨，再分散于無水乙醇中，加入粘合劑，攪拌均勻，干燥，壓片，即得硬碳基材料負(fù)極材料。本發(fā)明所使用的底甘油渣含有豐富的碳資源，可將其資源化利用，具有很高社會和環(huán)境效益，對實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種硬碳基負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著全球能源使用量的日益增長，化石燃料等不可再生的能源日益枯竭，并且會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此迫切需要人們?nèi)ラ_發(fā)氫能、風(fēng)能、核能、地?zé)崮堋⑻柲艿瓤稍偕履茉矗沁@些新能源均存在供應(yīng)間歇性，不易控制等問題，在使用這些新能源之前需要解決的問題是將其儲存后再集中釋放利用，因此需要建設(shè)大規(guī)模的儲能系統(tǒng)。電化學(xué)儲能運行能量效率高，并且重放時間可控制，循環(huán)性能好，已經(jīng)成為目前新能源研究的熱點。

鋰離子電池具有高工作電壓、高能量密度、安全性佳等優(yōu)點，而可廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的電源供應(yīng)。鋰離子電池的發(fā)展在很大的程度上取決于高性能正、負(fù)極材料的開發(fā)與應(yīng)用。目前實用的中間相碳微球材料(MCMB)的制備成本偏高。而天然和人造石墨方面，為了降低初期不可逆電容量和提升循環(huán)壽命，需要以瀝青類芳烴化合物材料進(jìn)行表面改質(zhì)，制備過程中需要1300℃以上的高溫下實施碳化，其中，原材料(瀝青類芳烴化合物)價格波動大，以及高溫碳化下所產(chǎn)生的環(huán)境污染與能源大量消耗，皆不是長久永續(xù)經(jīng)營的方向。

單甘脂、甘油酯等酯類化合物的制備過程，常常會產(chǎn)生較多的副產(chǎn)品，該副產(chǎn)品通過碳化、熱解而成的固態(tài)產(chǎn)物。由于其具有來源廣泛，成本低廉等優(yōu)點，是生產(chǎn)碳材料的理想原料。其中，在甘油蒸餾生產(chǎn)及分子蒸餾酯類乳化劑生產(chǎn)過程中往往會產(chǎn)生大量的甘油渣，尤其在反復(fù)高溫蒸餾工藝條件下得到的底甘油渣；這些底甘油渣是甘油渣反應(yīng)提取后的殘留產(chǎn)品，為瀝青狀半固體，組分復(fù)雜，大多數(shù)是不同聚合度的聚甘油酯。因此，若將這些底甘油渣為原料，來制備電極材料，使之既能變廢為寶、又能節(jié)約創(chuàng)收和保護(hù)環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種硬碳基負(fù)極材料的制備方法，其利用底甘油渣為原料，通過各工序的配合，使其能夠制備出電化學(xué)性能好、成本低、綠色環(huán)保的硬碳基負(fù)極材料。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種硬碳基負(fù)極材料的制備方法，包括如下制備步驟：

S1：將底甘油渣加入到高速攪拌器中，再加入醇溶劑，攪拌并加熱至沸騰，直至溶解成液體，得到甘油渣溶液；該步驟通過醇溶劑及加熱，將底甘油渣中不溶物質(zhì)除去；

S2：將甘油渣溶液經(jīng)過一級過濾器，除去不溶雜質(zhì)，再加入二甲胺，升溫，再經(jīng)過二級過濾器，除去不溶雜質(zhì)，得到胺化后的甘油渣溶液；該步驟通過通入二甲胺，在二甲胺的作用下，使得甘油渣溶液中的酯基進(jìn)行部分水解，再與二甲胺反應(yīng)，形成含氮化合物，以增強碳碳之間的結(jié)合；

S3：將胺化后的甘油渣溶液置于高溫加熱爐中，在惰性氣體的保護(hù)下，進(jìn)行一次碳化處理，得到一次碳化的甘油渣；

S4：將一次碳化的甘油渣置于石墨模具中，再放置于等離子體燒結(jié)爐中，抽真空，然后加壓并升溫?zé)Y(jié)，進(jìn)行二次碳化處理，得到二次碳化的甘油渣；

S5：將二次碳化的甘油渣放入電弧爐中，在惰性氣體的保護(hù)下，升溫?zé)Y(jié)，進(jìn)行三次碳化處理，得到基于甘油渣的硬碳基材料；經(jīng)過多次碳化的甘油渣，使其碳碳之間進(jìn)行結(jié)構(gòu)重塑，并且由于存在氮元素、氧元素等等，大大增加了熱解所得碳材料的比表面積，使得以其為原材料制得的碳基鋰離子電池負(fù)極材料的電容性能得到了大幅度改善；