一种各向同性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，具体涉及一种各向同性包覆沥青材料及制备方法和应用。

背景技术：

1、经过几十年的发展，锂离子电池以其长寿命、高能量以及优异的循环效率等优点成为生活中常见的供能设备。中国作为锂离子电池制造大国，锂离子电池年产量逐年升高，因此作为锂离子电池核心之一的负极材料的需求也得到了进一步提高。石墨是目前最常见的一类锂离子电池负极材料，其成本适中、性质稳定，因此得到广泛应用。然而石墨在充放电时会在锂离子的嵌入/脱嵌作用下发生体积膨胀，造成石墨分解，这严重影响了石墨负极的使用寿命。为解决上述问题，负极材料的表面改性工艺应运而生，其中表面包覆最为常见。

2、高软化点各向同性包覆沥青，因其软化点与光学微观结构性质突出，在锂离子电池石墨负极表面改性领域具有良好的应用前景。相比于低软化点沥青，更高的软化点在炭化后能够形成更致密的包覆层，而各向同性沥青在炭化后能形成更多的无定形碳，该结构能为包覆层提供更高的机械强度，从而有效避免石墨负极与电解液的直接接触，缓解石墨在充放电过程中发生的体积膨胀，从而延长石墨负极的使用寿命。

3、现有的包覆沥青制备方法主要为热缩聚法以及共缩聚法。这类方法虽然可以显著提升沥青的软化点与结焦值，但所需的能耗也相应提升，同时缩聚反应还会引起多环芳烃平面大分子的相互堆叠，这使得沥青中出现中间相，难以满足各向同性沥青的制备要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种各向同性包覆沥青材料及制备方法和应用。本发明将去除轻组分的软沥青与低阶煤热解焦油渣的不同溶剂(洗油、正丁醇，二甲基亚砜、四氢呋喃)萃取物在反应釜内混合均匀，依据氧化交联共缩聚原理制备出高软化点各向同性包覆沥青，能够明显拓展特种炭材料的来源，扩展了锂离子电池负极表面改性剂的来源，降低生产成本，减小环境污染、满足煤焦油沥青深加工制备高品质、低污染、高附加值炭素材料的需求。

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各向同性包覆沥青材料，所述包覆沥青材料是以软沥青为基础，将软沥青去除轻组分得到改质沥青，改质沥青经过喹啉萃取、沉降剂沉降后，与低阶煤热解焦油渣萃取物氧化交联共缩聚，得到各向同性包覆沥青材料。

4、本发明的目的之二是提供上述各向同性包覆沥青材料的制备方法，包括以下步骤：

5、将软沥青置于试管炉中于270～300℃下反应去除轻组分得到改质沥青；将改质沥青和喹啉混合后进行萃取，然后向萃取后的溶液加入沉降剂静置分离后蒸馏得到精制沥青；将精制沥青与低阶煤热解焦油渣萃取物混合后氧化交联共缩聚、滤网分离得到各向同性包覆沥青材料。

6、进一步的，所述去除轻组分的反应时间为0.5～1h。

7、进一步的，所述改质沥青和喹啉质量比为1：3～5。

8、进一步的，所所述萃取的温度为150℃，时间为1～2h。

9、进一步的，所述沉降剂的用量为萃取后的溶液的0.5～1wt％，静置的时间为12～24h。

10、进一步的，所述沉降剂为硅藻土和聚乙二醇的混合物，硅藻土和聚乙二醇的质量比为1：1～1：1.5。

11、进一步的，所述精制沥青与低阶煤热解焦油渣萃取物的质量比为6～9：1～4；氧化交联共缩聚是以5℃/min的速率升温至300℃，转速为120rpm，保温3～5h；氧化交联共缩聚过程中通入空气，空气的流速为120～160l/h；滤网的孔径为3μm。

12、进一步的，所述低阶煤热解焦油渣萃取物的制备方法包括以下步骤：将低阶煤热解焦油渣置于溶剂中，在150℃下萃取1～2h，之后加入由硅藻土和聚乙二醇组成的沉降剂静置沉降12～24h，分离上层溶液蒸馏得到低阶煤热解焦油渣萃取物，最后将低阶煤热解焦油渣萃取物机械能粉碎至粒径<100目；

13、所述低阶煤热解焦油渣和溶剂的质量比为1：3～5；

14、所述溶剂为洗油、正丁醇、二甲基亚砜、四氢呋喃的一种或多种组合。

15、本发明目的之三是提供上述各向同性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。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果：

17、本发明去除轻组分的软沥青与低阶煤热解焦油渣的不同溶剂(洗油、正丁醇，二甲基亚砜、四氢呋喃)萃取物在反应釜内混合均匀，依据氧化交联共缩聚原理制备出高软化点各向同性包覆沥青，能够明显拓展特种炭材料的来源，扩展了锂离子电池负极表面改性剂的来源，降低生产成本，减小环境污染、满足煤焦油沥青深加工制备高品质、低污染、高附加值炭素材料的需求。

技术特征：

1.一种各向同性包覆沥青材料，其特征在于，所述包覆沥青材料是以软沥青为基础，将软沥青去除轻组分得到改质沥青，改质沥青经过喹啉萃取、沉降剂沉降后，与低阶煤热解焦油渣萃取物氧化交联共缩聚，得到各向同性包覆沥青材料。

2.一种权利要求1所述的各向同性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所述的各向同性包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，所述去除轻组分的反应时间为0.5～1h。

4.根据权利要求2所述的各向同性包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，所述改质沥青和喹啉质量比为1：3～5。

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

6.根据权利要求2所述的各向同性包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，所述沉降剂的用量为萃取后的溶液的0.5～1wt％，静置的时间为12～24h。

7.根据权利要求2所述的各向同性包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，所述沉降剂为硅藻土和聚乙二醇的混合物，硅藻土和聚乙二醇的质量比为1：1～1：1.5。

8.根据权利要求2所述的各向同性包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，所述精制沥青与低阶煤热解焦油渣萃取物的质量比为6～9：1～4；氧化交联共缩聚是以5℃/min的速率升温至300℃，转速为120rpm，保温3～5h；氧化交联共缩聚过程中通入空气，空气的流速为120～160l/h；滤网的孔径为3μm。

9.根据权利要求2所述的各向同性包覆沥青材料的制备方法，其特征在于，所述低阶煤热解焦油渣萃取物的制备方法，包括以下步骤：将低阶煤热解焦油渣置于溶剂中，在150℃下萃取1～2h，之后加入由硅藻土和聚乙二醇组成的沉降剂静置沉降12～24h，分离上层溶液蒸馏得到低阶煤热解焦油渣萃取物，最后将低阶煤热解焦油渣萃取物机械能粉碎至粒径<100目；

10.一种权利要求1所述的各向同性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，公开了一种各向同性包覆沥青材料及制备方法和应用。所述包覆沥青材料是以软沥青为基础，将软沥青去除轻组分得到改质沥青，改质沥青经过喹啉萃取、沉降剂沉降后，与低阶煤热解焦油渣萃取物氧化交联共缩聚，得到各向同性包覆沥青材料。本发明去除轻组分的软沥青与低阶煤热解焦油渣的不同溶剂萃取物在反应釜内混合均匀，依据氧化交联共缩聚原理制备出高软化点各向同性包覆沥青，能够明显拓展特种炭材料的来源，扩展了锂离子电池负极表面改性剂的来源，降低生产成本，减小环境污染、满足煤焦油沥青深加工制备高品质、低污染、高附加值炭素材料的需求。技术研发人员：朱亚明,岳佳兴,张玉柱,王云阳,王菲,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