[發(fā)明專利]一種廣域型中間相瀝青基硅碳復(fù)合電極材料的改性制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211257399.2
• 申請(qǐng)日: 2022-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN115513438A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉東;婁斌;薛鑫;溫福山;師楠;王昊喆;劉曉;王增浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 段雅靜

1.一種廣域型中間相瀝青基硅碳復(fù)合電極材料的改性制備方法，其特征在于，包括以下具體步驟：

步驟1：稱取一定量的廣域型中間相瀝青以1：20的質(zhì)量比進(jìn)行球磨處理，球磨介質(zhì)為氧化鋯球，將球磨后的廣域型中間相瀝青浸入濃度為5-10mol/L的有機(jī)強(qiáng)堿溶液中，在160℃-220℃下劇烈攪拌4h，得到堿溶液活化的廣域型中間相瀝青；

步驟2：將堿溶液活化的廣域型中間相瀝青用去離子水洗滌至中性并超聲分散于一定量的去離子水/乙醇混合溶液中，在超聲下逐滴滴入含氧有機(jī)硅化合物，將超聲后的溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，160-200℃下反應(yīng)6-15h；將水熱反應(yīng)產(chǎn)物過(guò)濾，沉淀分別用乙醇和去離子水洗滌三次，置于烘箱中干燥后得到干燥產(chǎn)物；

步驟3：將干燥產(chǎn)物按照10：1的質(zhì)量比與Mg粉進(jìn)行混合，在氬/氫混合氣中600℃反應(yīng)4-8h，將得到的混合物分別用稀鹽酸、乙醇和去離子水洗滌至中性，得到處理后的鎂熱反應(yīng)產(chǎn)物；

步驟4：將處理后的鎂熱反應(yīng)產(chǎn)物超聲分散于去離子水中，依次加入一定量的碳酸鈉和氯化鈣，劇烈攪拌，得到由碳酸鈣均勻包覆的白色沉淀；再將得到的白色沉淀加入一定量的廣域型中間相瀝青的溶液中，攪拌24h，過(guò)濾，去離子水洗滌并干燥；將干燥后的沉淀置于管式爐中，300℃空氣氣氛預(yù)氧化2-4h，氬氣氣氛下800-1000℃碳化2h，得到碳化產(chǎn)物；

步驟5：將碳化產(chǎn)物置于0.1mol/L的鹽酸中，充分洗滌除去碳酸鈣沉淀，再經(jīng)去離子水洗滌至中性，干燥即得到廣域型中間相瀝青基硅碳復(fù)合電極材料，具有“碳-硅-空隙-碳”的四級(jí)核殼型結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廣域型中間相瀝青基硅碳復(fù)合電極材料的改性制備方法，其特征在于，所述廣域型中間相瀝青為各向異性物質(zhì)尺寸在80到150微米之間的石油基中間相瀝青，在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)出光學(xué)紋理取向的一致性。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廣域型中間相瀝青基硅碳復(fù)合電極材料的改性制備方法，其特征在于，所述有機(jī)強(qiáng)堿為叔丁醇鉀、叔丁醇鈉或四甲基胍中的一種；

所述含氧有機(jī)硅化合物選自三異丙基硅基三氟甲磺酸酯、3-叔丁基二甲基甲硅烷基-2-丙炔-1-醇或(1，1-二甲基乙基)二甲基硅基三氟甲磺酸酯中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廣域型中間相瀝青基硅碳復(fù)合電極材料的改性制備方法，其特征在于；球磨后的廣域型中間相瀝青與含氧有機(jī)硅化合物的用量比為1g：(0.2-0.6)g。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廣域型中間相瀝青基硅碳復(fù)合電極材料的改性制備方法，其特征在于；步驟4中，控制碳酸鈉與氯化鈣的摩爾比為1：1，鎂熱反應(yīng)產(chǎn)物與碳酸鈉的質(zhì)量比為2：1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廣域型中間相瀝青基硅碳復(fù)合電極材料的改性制備方法，其特征在于；空氣氣氛預(yù)氧化過(guò)程升溫速率為1℃/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廣域型中間相瀝青基硅碳復(fù)合電極材料的改性制備方法，其特征在于，廣域型中間相瀝青的溶液制備方法為將廣域型中間相瀝青溶解至溶劑中，溶劑選自四氫呋喃、甲苯、N-甲基吡咯烷酮、吡啶中的一種或幾種；溶劑與廣域型中間相瀝青的用量比為200mL：(0.5-1.5)g。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廣域型中間相瀝青基硅碳復(fù)合電極材料的改性制備方法，其特征在于，電極材料中，硅層厚度為0.03-0.1μm，空隙結(jié)構(gòu)的厚度為0.02-0.1μm，外部碳層厚度為0.02-0.1μm。

9.一種廣域型中間相瀝青基硅碳復(fù)合電極材料，其特征在于，所述電極材料采用權(quán)利要求1-8任一所述的改性制備方法制備得到，其首圈庫(kù)倫效率在70％以上，0.1C電流密度下可逆比容量達(dá)550mAh/g以上，10C大電流密度下比容量達(dá)470mAh/g以上。