[发明专利]一种SCC高等级自组装碳/碳复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高等级自组装碳/碳复合材料技术领域，特别涉及一种SCC高等级自组装碳/碳复合材料及其制备方法。

背景技术

碳材料由于其化学性能稳定，具有较高的电子传导性，可插层而形成插层化合物特性，同时具有耐热性、抗冲击性、高比强等特性，在许多领域得到广泛应用。

目前，商业化锂离子电池负极材料使用的均为碳材料，包括软碳材料(SCC)如石墨类碳材料，及一些热解硬碳。天然石墨有理想的层状结构，具有较高的电容量，但其震实密度低，在实际使用中降低了电池的电容量；普通人造石墨粉形状不规则，比表面积大，在制备的电池极片中，石墨的C轴垂直于极片和隔膜，不利于电解液和锂离子的扩散、嵌入和迁出，降低了电池的电容量和充放电倍率；人造石墨化中间相，结构稳定、比表面积小、循环性能好，但是存在电容量较低，压实密度不理想等问题。

针对每一种材料的不足，人们提出了不同的改进方法。中国专利CN102569755A公开了一种石墨类碳负极材料及其制备方法，通过对植物原料碳化物添加纳米包覆材料和添加剂，并经碳化、研磨、造粒、低温烧结、石墨化等处理过程制备而成，该方法生产工艺复杂，辅助原料多，制作成本较高，电池的比容量低。

中国专利CN1397598A公开了一种碳包覆石墨的制备方法，用树脂包覆后，经700-1200℃碳化处理，得到碳包覆的石墨微粉，包覆层与石墨基质的结合度较差，不能有效的阻止溶剂共嵌入和石墨层的剥离。

中国专利CN1585172A公开了一种石墨颗粒表面包覆沥青的方法，来提高负极材料的可逆容量和循环稳定性，该方法制得的材料强度大，韧性差，当压实密度较高时，易使包覆层破裂。

中国专利CN100459244C公开了一种石墨粉包覆石墨化中间相层的方法，该方法使用添加剂抑制石墨颗粒的团聚，由于添加剂分散不均，无法有限抑制石墨颗粒的团聚，且在添加过程中向材料中引入了无效的杂质，降低了材料的比容量。

因此，有必要采用新的方法制备出高质量的碳包覆石墨。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中天然石墨、人造石墨微粉的固相团聚问题，以及在自组装过程中中间相沥青层状堆积均匀性问题，提供了一种SCC高等级自组装碳/碳复合材料及其制备方法。该复合材料包覆颗粒均匀，达到了结构稳定化、形态最佳化，避免了使用阻聚剂造成的工艺难度增加和杂质的引入，利于电池极片的加工，电性能得到较大提高。该方法可实现连续化生产SCC高等级自组装碳/碳复合材料。

一种SCC高等级自组装碳/碳复合材料，所述复合材料以天然石墨或人造石墨经球化后得到的微粉作为基料，微粉粒径为3-6μm，所述基料外部包裹沥青中间相包覆层，包覆层平均堆积厚度为0.3-1.0μm。

本发明同时提供了一种上述SCC高等级自组装碳/碳复合材料的制备方法，具体步骤如下：

1)将天然石墨或人造石墨球化，得到粒径为3-6μm的石墨微粉；

2)将石墨微粉与洗油按照质量比1:1-20的比例装入打浆容器内，控制打浆容器内温度190-230℃，压力0.2-0.4MPa，打浆时间60-90min，搅拌打浆制成半浆状中间产品；

3)将原料沥青与半浆状中间产品按照质量比2-5:1的比例混合均匀，送入加热炉内加热，混合物料升温至390-450℃后，将物料入反应器内；

4)保持反应器内温度为390-450℃，压力0.1-0.4MPa，聚合反应2-6h；

5)聚合完成后，生成反应产物聚合物和洗油；

将聚合物与洗油分离；并将洗油经冷却后回收；再将聚合物用洗油进行洗涤、萃取，分离得到包覆沥青中间相的石墨粉；

6)对包覆沥青中间相的石墨粉进行干燥、碳化及石墨化，得到SCC高等级自组装碳/碳复合材料。

本发明优于其他工艺方法的特点在于：

本发明提供的聚合反应过程中，在高温环境下，半浆状中间产品中的洗油与原料沥青两种物质发生质置换过程，即基料石墨所吸附的洗油在温度超过自身干点后，会异向释出，而原料沥青会同向植入，通过质置置换后，原料沥青迅速吸附在基料浅层，得到包覆沥青中间相的石墨粉；再经碳化和石墨化，达到SCC材料自组装均匀复合，包覆颗粒均匀，结构稳定化、形态最佳化，提高了震实和压实密度，避免了使用阻聚剂造成的工艺难度增加和杂质的引入，利于电池极片的加工，电性能得到较大提高。

附图说明

图1、实施例1中原料天然石墨的光学显微照片；