一种包覆沥青材料及制备方法和应用

本发明属于锂离子电池负极材料，具体涉及一种包覆沥青材料及制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，新能源产业得到了快速发展，世界各国对二次电池特别是锂离子电池的需求逐年升高。与传统电池的原理不同，锂离子电池依赖li+在正负极间的嵌入/脱嵌来实现充放电，目前市面上较常见的锂离子电池多大以石墨作为负极，虽然石墨的性质稳定、来源广泛、价格实惠，但石墨在li+嵌入/脱嵌过程中可能造成石墨层间距扩大，进而使电解液进入石墨层，造成石墨负极分解，剥落，这将严重影响锂离子电池的性能与使用寿命。此外，石墨的理论比容量仅有372mah/g，已经难以满足大众对高容量、长寿命锂离子电池的需求。

2、包覆沥青是一种重要的石墨负极表面改性剂，其在炭化后可以形成无定形碳包覆层，这种结构可以有效避免石墨负极与电解液接触，限制石墨形变，延长石墨负极的寿命，提升石墨材料的容量与倍率性能，因此不是所有沥青都可用于包覆。目前包覆沥青的性质指标主要集中在高软化点、高结焦值、低喹啉不溶物含量以及光学各向同性这几个方面(陈月亮,王佳兵,尹勇勇等.包覆沥青的制备方法及市场分析[j].化工管理,2023(13):26-29)，前两点有利于沥青在炭化后形成更致密的无定形碳层，较低的喹啉不溶物可以降低炭材料的热膨胀系数，而光学各向同性则更有利于沥青在炭化后形成无定形碳。

3、现有的包覆沥青制备方法主要包括热缩聚法、空气氧化法以及溶剂萃取法等。其中，热缩聚法对沥青软化点与结焦值的提升效果尤为明显，但容易形成各向异性结构。空气氧化法能够稳定地形成各向同性结构，但反应周期相对较长。而溶剂萃取法则对萃取剂的选择较为苛刻且成本较高，无法得到广泛应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种包覆沥青材料及制备方法和应用。本发明将煤沥青高压聚合改性制得改质沥青，经过萃取精制后粉碎至<80目与废机油常压共缩聚，依据氧化交联共缩聚原理制备出基于改质沥青与废机油共缩聚的包覆沥青，可应用于锂离子电池负极材料的表面改性中，制备的包覆沥青品质良好，性能优异，工艺简单易实现，提高了煤沥青与废机油的综合利用率，扩展了锂离子电池负极材料表面改性剂的来源，满足高品质炭材料的原料需求。

2、为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：

3、本发明的目的之一是提供一种包覆沥青材料，所述包覆沥青材料是以煤沥青基础，将煤沥青聚合改性得到改质沥青，改质沥青经过洗油萃取后与废机油氧化交联共缩聚得到包覆沥青材料。

4、本发明的目的之二是提供上述包覆沥青材料的制备方法，包括以下步骤：

5、将煤沥青在惰性气体保护下于360～400℃下进行聚合改性得到改质沥青；将改质沥青和洗油混合后进行萃取，分离后蒸馏得到精制沥青；将精制沥青粉碎至粒径＜80目后和废机油混合后，氧化交联共缩聚得到包覆沥青材料。

6、进一步的，所述煤沥青为软沥青、中温煤沥青、煤液化沥青、中低温煤焦油沥青二甲基亚砜萃取物、中低温煤焦油沥青正丁醇萃取物中的一种或多种。

7、进一步的，所述惰性气体为氩气，聚合改性是以5℃/min的升温速率升温至360～400℃，保温2～3h，聚合改性的压力为1.25～1.75mpa，转速为120rpm。

8、进一步的，所述改质沥青和洗油的质量比为1：3～5。

9、进一步的，所述萃取的温度为150℃，时间为1～2h。

10、进一步的，所述废机油的用量为精制沥青的10～30wt％。

11、进一步的，所述氧化交联共缩聚的温度为400～420℃，时间为5～7h，转速为120rpm；氧化交联共缩聚过程中通入空气，空气的流速为120～160l/h。

12、本发明的目的之三是提供上述包覆沥青材料作为表面改性材料在锂离子电池负极材料中的应用。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果：

14、本发明将煤沥青高压聚合改性制得改质沥青，经过萃取精制与废机油在常压不锈钢反应釜中共缩聚，依据氧化交联共缩聚原理引入更多氧化交联位点，从而制备出基于改质沥青与废机油共缩聚的包覆沥青，能够明显拓展高品质特种炭材料的来源，扩展了锂离子电池石墨负极表面改性材料的来源，满足低成本、低污染的煤焦油沥青深加工制备高品质炭素材料的需求。

技术特征：

1.一种包覆沥青材料，其特征在于，所述包覆沥青材料是以煤沥青基础，将煤沥青聚合改性得到改质沥青，改质沥青经过洗油萃取后与废机油氧化交联共缩聚得到包覆沥青材料。

2.一种权利要求1所述的包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，所述煤沥青为软沥青、中温煤沥青、煤液化沥青、中低温煤焦油沥青二甲基亚砜萃取物、中低温煤焦油沥青正丁醇萃取物中的一种或多种。

4.根据权利要求2所述的包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气，聚合改性是以5℃/min的升温速率升温至360～400℃，保温2～3h，聚合改性的压力为1.25～1.75mpa，转速为120rpm。

5.根据权利要求2所述的包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，所述改质沥青和洗油的质量比为1：3～5。

6.根据权利要求2所述的包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，所述萃取的温度为150℃，时间为1～2h。

7.根据权利要求2所述的包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，所述废机油的用量为精制沥青的10～30wt％。

8.根据权利要求2所述的包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，所述氧化交联共缩聚的温度为400～420℃，时间为5～7h，转速为120rpm；氧化交联共缩聚过程中通入空气，空气的流速为120～160l/h。

9.一种权利要求1所述的包覆沥青材料作为表面改性材料在锂离子电池负极材料中的应用。

技术总结本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，公开了一种包覆沥青材料及制备方法和应用。所述包覆沥青材料是以煤沥青基础，将煤沥青聚合改性得到改质沥青，改质沥青经过洗油萃取后与废机油氧化交联共缩聚得到包覆沥青材料。本发明将煤沥青高压聚合改性制得改质沥青，经过萃取精制后粉碎至<80目与废机油常压共缩聚，依据氧化交联共缩聚原理制备出基于改质沥青与废机油共缩聚的包覆沥青，可应用于锂离子电池负极材料的表面改性中，制备的包覆沥青品质良好，性能优异，工艺简单易实现，提高了煤沥青与废机油的综合利用率，扩展了锂离子电池负极材料表面改性剂的来源，满足高品质炭材料的原料需求。技术研发人员：朱亚明,岳佳兴,张玉柱,王云阳,虞添傲,张慧超,程俊霞,赵雪飞受保护的技术使用者：辽宁科技大学技术研发日：技术公布日：2024/3/12