一种煤基多孔炭材料的制备方法及其应用

本发明涉及电极材料，尤其涉及一种煤基多孔炭材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、传统的铅酸电池，镍镉电池和镍氢电池存在使用寿命短、能量密度低和环境污染等问题，极大地限制了它们的大规模应用。而锂离子电池作为二次电池，具有体积小、容量大、循环寿命长、绿色可持续等优点，是一种非常重要的储能技术。其中，负极作为锂离子电池的重要组成部分之一，其性能对电池整体的各项指标有重要影响。

2、目前商业化锂离子电池负极材料主要有钛酸锂(li4ti5o12)、硅碳负极和碳基负极等。其中，li4ti5o12负极由于比容量偏低，越来越难以满足使用要求。硅碳负极虽然具有比li4ti5o12更高的比容量，但si插li后体积膨胀率达320％，极大的限制了其应用。碳基负极主要包括石墨类负极材料和无序碳负极材料，其中石墨负极存在氧化还原电压平台低，充放电过程容易产生锂枝晶等缺点，而煤炭作为世界上储量最丰富的资源，以其为原料制备锂离子电池负极材料的研究还停留在炭化、石墨化的阶段，改性处理的研究更是寥寥无几。如果能够开发出锂离子电池负极用煤基多孔炭材料,必将使锂离子电池的成本大幅下降，因此本项目创新性地提出一种煤基炭的制备方法，并将其用作锂离子电池负极材料。

技术实现思路

1、为实现上述技术目的，提供一种煤基多孔炭材料的制备方法及其应用，制备方法工艺简单、时长缩短、节能环保、适用于工业化规模生产，生产成本低，用以解决现有技术中电池存在使用寿命短、能量密度低和环境污染等问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明一种煤基多孔炭材料的制备方法，其步骤如下：

3、s1、将精煤、固体活化剂和固体模板剂按照质量比为：1:(2～6)：(0.5～4)进行混合，之后将混合物放入带盖瓷舟中并置于惰性气体环境中进行高温活化；

4、s2、高温活化过程中固体活化剂产生气体，从而使精煤变得疏松多孔，同时固体模板剂辅助精煤上产生的孔洞更加规整均匀；

5、s3、将完成高温活化的产品进行筛分，将筛分出来的产品进行酸洗从而去除精煤中的杂质以及残留的固体活化剂和固体模板剂，之后水洗后得到煤基多孔炭材料。

6、进一步，所述精煤为浮选后的低阶煤、烟煤、无烟煤的一种或多种；

7、进一步，固体活化剂为氢氧化钠、草酸钾、碳酸钾中的一种或多种混合构成。

8、进一步，模板剂为纳米氧化铝、蒙脱石、石墨化氮化碳中的一种或多种混合构成。

9、进一步，高温活化通过在氩气气氛中进行煅烧实现，活化温度的范围为600～1200℃；时间2～6h。

10、进一步，所述酸洗使用的酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸中的一种或多种混合构成；酸性溶液的酸浓度1～5mol/l。

11、进一步，筛分后获得的活性后的材料直径为50～100μm。

12、一种煤基多孔炭材料的制备方法制备出的煤基多孔炭材料。

13、一种煤基多孔炭材料的应用，利用煤基多孔炭材料制作电极材料。

14、进一步，将煤基多孔炭材料、炭黑和羧甲基纤维素钠按70％:20％:10％的质量百分比进行配比，并加入蒸馏水进行球磨混合至糊状，得到电池负极浆料；将电池负极浆料涂覆至铜箔表面，之后在60℃下真空干燥12h，将完成干燥的铜箔裁剪为合适大小即为电池的负极片。

15、有益技术效果：本方法利用活化剂使精煤在活化过程中生成大量的孔洞，并通过模板剂协调最终的成品效果，从而使最终的成品煤基多孔炭材料上具有大量规整的孔洞，其制备方法工艺简单、时长缩短、节能环保、适用于工业化规模生产，生产成本低。所述煤基多孔炭材料作为锂离子电池的负极材料时,该多孔炭材料的比表面积高达1673cm2·g-1，在0.1a·g-1电流密度下的可逆比容量可达650～750mah·g-1，在5a·g-1的大电流密度下依然能保留200～255mah·g-1的可逆比容量，并且能在2a·g-1电流密度下稳定循环5000次，具有优异的倍率性能和循环稳定性能。

技术特征：

1.一种煤基多孔炭材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

2.根据权利要求1所述一种煤基多孔炭材料的制备方法，其特征在于:所述精煤为浮选后的低阶煤、烟煤、无烟煤的一种或多种。

3.根据权利要求1所述一种煤基多孔炭材料的制备方法，其特征在于：固体活化剂为氢氧化钠、草酸钾、碳酸钾中的一种或多种混合构成。

4.根据权利要求1所述一种煤基多孔炭材料的制备方法，其特征在于：模板剂为纳米氧化铝、蒙脱石、石墨化氮化碳中的一种或多种混合构成。

5.如权利要求1所述的一种煤基多孔炭材料的制备方法，其特征在于：高温活化通过在氩气气氛中进行煅烧实现，活化温度的范围为600～1200℃；时间2～6h。

6.根据权利要求1所述一种煤基多孔炭材料的制备方法，其特征在于：所述酸洗使用的酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸中的一种或多种混合构成；酸性溶液的酸浓度1～5mol/l。

7.根据权利要求1所述一种煤基多孔炭材料的制备方法，其特征在于：筛分后获得的活性后的材料直径为50～100μm。

8.一种使用权利要求1所述的煤基多孔炭材料的制备方法制备出的煤基多孔炭材料。

9.一种权利要求8所述煤基多孔炭材料的应用，其特征在于：利用煤基多孔炭材料制作电极材料。

10.根据权利要求9所述将煤基多孔炭材料的应用，其特征在于：将煤基多孔炭材料、炭黑和羧甲基纤维素钠按70％:20％:10％的质量百分比进行配比，并加入蒸馏水进行球磨混合至糊状，得到电池负极浆料；将电池负极浆料涂覆至铜箔表面，之后在60℃下真空干燥12h，将完成干燥的铜箔裁剪为合适大小即为电池的负极片。

技术总结
本发明公开一种煤基多孔炭材料的制备方法及其应用，属于电极材料技术领域。将精煤、固体活化剂和固体模板剂按照质量比为：1:(2～6)：(0.5～4)进行混合，之后将混合物放入带盖瓷舟中并置于惰性气体环境中进行高温活化；高温活化过程中固体活化剂产生气体，从而使精煤变得疏松多孔，同时固体模板剂辅助精煤上产生的孔洞更加规整均匀；将完成高温活化的产品进行筛分，将筛分出来的产品进行酸洗从而去除精煤中的杂质以及残留的固体活化剂和固体模板剂，之后水洗后得到煤基多孔炭材料；利用该煤基多孔炭材料制备电池电极。其制备方法工艺简单、时长缩短、节能环保、适用于工业化规模生产。

技术研发人员：蒋江民,申倩倩,夏阳超,郜运泽,赵东然,杨思杰
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13