[发明专利]一种复合碳微球的制备方法及复合碳微球及其制备得到的锂离子电容器

说明书

一种复合碳微球的制备方法，包括以下步骤：(1)以小分子糖类、纤维素微晶或热塑性酚醛树脂作为前驱体，通过水热反应制备得到水热碳微球；(2)将步骤(1)中得到的水热碳微球经表面活性剂改性得到改性碳微球；(3)在引发剂的作用下，导电聚合物单体在步骤(2)中得到的改性碳微球表面进行原位聚合得到碳微球前驱体；(4)将步骤(3)中得到的碳微球前驱体在催化剂作用下催化热解，再酸洗、烘干后得到复合碳微球。本发明制备的碳微球的粒径小，具有较高的振实密度，催化热解后，会在复合碳微球的表面形成氮掺杂的无定型碳，有利于提高碳材料的容量和电导率，电化学性能优异。

技术领域

本发明属于碳材料领域，尤其涉及一种碳微球及其制备方法、应用。

背景技术

锂离子电池具有电压高，比容量大，放电电压平稳和安全性高等诸多优点，已成为新型二次化学电源领域的研究与开发的热点之一，其性能的改进主要依赖于正、负极活性材料。目前，商业化应用的负极材料主要是石墨类材料，但是由于石墨高度的各向异性，导致石墨的倍率性能不好，另外石墨在PC电解质中容易被剥离，所以一般对表面进行涂层以改善电化学性能。采用气相、液相、固相工艺在石墨等结晶程度高的材料表面包覆一层无定型炭是常用的方法，这样既可以保留石墨材料的高容量和低平台等优点，又兼有无定型炭与电解液相容性好和大电流充放电性能佳的特点。由于无定型炭的存在，避免了石墨层与溶剂的直接接触，避免了由于溶剂分子共嵌入而造成的石墨层剥离的现象，因而扩大了电解液溶剂的选择范围和减少石墨电极的容量衰减。但是，现有方法在石墨表面形成的包覆层不够完整和均匀，导致电极在循环过程中，包覆层会脱落。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种包覆层完整、均匀，且不易脱落的复合碳微球的制备方法，并相应提供其制备得到的复合碳微球及利用复合碳微球制备得到的锂离子电容器。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种复合碳微球的制备方法，包括以下步骤：

(1)以小分子糖类、纤维素微晶或热塑性酚醛树脂作为前驱体，通过水热反应制备得到水热碳微球；

(2)将步骤(1)中得到的水热碳微球经表面活性剂改性得到改性碳微球；

(3)在引发剂的作用下，导电聚合物单体在步骤(2)中得到的改性碳微球表面进行原位聚合得到碳微球前驱体；

(4)将步骤(3)中得到的碳微球前驱体在催化剂作用下催化热解，再酸洗、烘干后得到复合碳微球。

上述制备方法中，优选的，所述小分子糖类包括葡萄糖、果糖、环糊精和蔗糖中的一种或几种，所述纤维素微晶包括剑麻纤维、蓖麻纤维、细菌纤维素和羧甲基纤维素中的一种或几种。

上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)中的水热反应的温度为150～250℃。

上述制备方法中，优选的，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂为胺盐型、季铵盐型、杂环型和啰盐型中的一种或几种，所述阳离子表面活性剂的添加量为水热碳微球质量的0.2～10％。

上述制备方法中，优选的，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或两种，所述导电聚合物单体为苯胺、吡咯和噻吩中的一种或几种。

上述制备方法中，优选的，所述导电聚合物单体的添加量为水热碳微球质量的2～20％，所述导电聚合物单体与引发剂的摩尔比为1～4：1。

上述制备方法中，优选的，所述催化剂为铁、镍、钴及铁、镍、钴的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐和乙酸盐中的一种或几种。

上述制备方法中，优选的，所述步骤(4)中的催化热解的条件为：温度700～1700℃，时间1～8h。