一种各向同性焦的制备方法及其所得产品和应用与流程

本发明属于锂电池负极原料制备，尤其涉及一种各向同性焦的制备方法及其所得产品和应用。

背景技术：

1、各向同性焦炭，一般是指光学结构为细颗粒镶嵌结构，无单一取向性，这种结构决定了焦炭的性质在各个方向都是相同的，显示了宏观各向同性性质。各向同性焦炭在微米甚至纳米级微观尺度上是各向异性的，可以石墨化形成石墨微晶，而宏观上整体呈各向同性，因而各向同性焦炭非常适合作为各向同性石墨的骨料。各向同性焦炭的热膨胀系数在各个方向都是一致的，这不同于各向异性焦炭，如针状焦，其热膨胀系数各方向都不同，平行于针状纹理的轴方向最低。基于各向同性焦的性质将其应用于锂离子电池负极材料领域，具有超长循环寿命和高倍率充放电等优异性能。

2、目前主流的各向同性焦制备方法主要为空气氧化法，以煤焦油、渣油或他们的沥青材料为原料，通过氧化使原料中的组分发生交联，从而在后期碳化过程中形成各向同性结构；催化法，通过催化剂的添加，使得重芳香原料的热解、聚合反应显著加快，中间相小球来不及生长即固化形成镶嵌结构；中间相碳微球经成型、焙烧制备各向同性焦；直接焦化法，采用合适的原材料，直接通过焦化工艺制得，而该方法对原材料的要求相对较高。

3、专利cn114525153a公开了一种锂离子电池负极材料用各向同性焦的制备方法，通过闪蒸去除一次喹啉为常规煤系沥青焦制备工艺，后将闪蒸油将成核剂进行固液混合，该方法不仅过程繁琐，且该工艺难以实现，在生产过程中极易堵塞装置。通过引入固体成核剂来使得中间相的融并生长，虽然理论上可行，但中间相的尺寸远小于其设计的成核剂尺寸(1-3微米)，故闪蒸油是否会在固体表面反应并生长有待验证。且引入的固体粉末存在团聚的可能性，产品的稳定性和一致性会受影响，不适合工业化生产。

技术实现思路

1、本发明提供了一种各向同性焦的制备方法及其所得产品和应用，本发明提供的方法工艺简单，适合工业化生产，且制备得到得到的同性焦石墨化后不仅容量高，且高倍率充放电性能好，适用于锂电池负极中。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种各向同性焦的制备方法，包括如下步骤：

3、1)将高硫油浆和高硫渣油进行调和，得到调和物料；按重量百分比计，所述调和物料中沥青质比例为2～10％，饱和分比例为15～35％，芳香分比例为25～55％，胶质比例为15～35％；

4、2)将所述调和物料在430～520℃热处理5～60s，得到预处理物料；

5、3)将所述预处理物料在惰性气氛保护下依次进行焦化处理、干燥处理，得到各向同性焦。

6、优选的，按重量百分比计，所述高硫油浆中硫含量为1.5～5.0％。

7、优选的，按重量百分比计，所述高硫渣油中硫含量为1.5～5.0％。

8、优选的，所述高硫油浆和高硫渣油的质量比为1:10～10:1。

9、优选的，所述焦化处理时的温度为430～520℃，时间为4～24h。

10、优选的，所述干燥处理时的温度为430～520℃，时间为4～24h。

11、优选的，干燥处理后还包括在惰性气氛保护下进行自然冷却。

12、本发明提供了上述任意一项方法制备得到的各向同性焦，所述各向同性焦的光学结构为镶嵌结构与小域结构共存的状态，其中小域结构占比≥58％，镶嵌结构占比≥30％。

13、优选的，所述各种同性焦石墨化后的表现容量≥353mah/g，石墨化后的粉末oi值＜4。

14、本发明提供了上述所述的各向同性焦在锂电池负极中的应用。

15、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

16、本发明采用中高硫油系原料，利用s杂原子增加芳香环极性，加速脱氢缩合反应；同时加速中间相的形成和固化，增加体系粘度，减少片层分子的生长，以获得小片层有序堆积的结构；渣油混掺油浆，利用高硫渣油组分调控体系反应活性，改变中间相分子排列，最终改变片层分子取向度。本发明由于在原料端引入了芳烃组分，同时控制可石墨化组分较高，相较于其他方法制得的各向同性焦容量更高，石墨化后容量表现在353mah/g以上，远高于常规各向同性焦的341mah/g。且石墨化后表现出较低的粉末oi值(＜4)，更有利于锂离子扩散传输，提升其倍率性能。

17、本发明通过利用高硫油浆、高硫渣油为原料，经过滤后无需进行预处理，经加热炉后控制反应压力、温度直接进行焦化，工艺简单可行，产品收率高，产品一致性、稳定性高，制备过程成本低，适合工业化生产。

技术特征：

1.一种各向同性焦的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述高硫油浆中硫含量为1.5～5.0％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述高硫渣油中硫含量为1.5～5.0％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高硫油浆和高硫渣油的质量比为1:10～10:1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述焦化处理时的温度为430～520℃，时间为4～24h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥处理时的温度为430～520℃，时间为4～24h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，干燥处理后还包括在惰性气氛保护下进行自然冷却。

8.权利要求1～7任意一项方法制备得到的各向同性焦，其特征在于，所述各向同性焦的光学结构为镶嵌结构与小域结构共存的状态，其中小域结构占比≥58％，镶嵌结构占比≥30％。

9.根据权利要求8所述的各向同性焦，其特征在于，所述各种同性焦石墨化后的表现容量≥353mah/g，石墨化后的粉末oi值＜4。

10.权利要求8所述的各向同性焦在锂电池负极中的应用。

技术总结
本发明提出一种各向同性焦的制备方法，属于锂电池负极原料制备技术领域。所述方法包括如下步骤：1)将高硫油浆和高硫渣油进行调和，得到调和物料；按重量百分比计，所述调和物料中沥青质比例为沥青质比例为2～10％，饱和分比例为15～35％，芳香分比例为25～55％，胶质比例为15～35％；2)将所述调和物料在430‑520℃热处理5～60s，得到预处理物料；3)将所述预处理物料在惰性气氛保护下依次进行焦化处理、干燥处理，得到各向同性焦。本发明提供的方法工艺简单，适合工业化生产，且制备得到得到的同性焦石墨化后容量高，且高倍率充放电性能好，适用于锂电池负极中。

技术研发人员：张志刚,王卫江,段欣,朱振涛,孙军徽
受保护的技术使用者：山东海科创新研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15