[发明专利]沥青基多孔碳材料及其制备方法、硅碳负极材料及二次电池

说明书

本发明提供了一种沥青基多孔碳材料及其制备方法、硅碳负极材料及二次电池，涉及碳材料制备技术领域，该沥青基多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：将球磨后得到的沥青与造孔剂的混合物进行煅烧，得到所述沥青基多孔碳材料。利用该制备方法能够缓解现有技术中以沥青为原料生产多孔碳时工艺步骤复杂，生产成本高，生产效率低的技术问题，达到降低生产成本，提高生产效率和提高多孔碳材料孔隙率的技术效果。

技术领域

本发明涉及碳材料制备领域，尤其是涉及一种沥青基多孔碳材料及其制备方法、硅碳负极材料及二次电池。

背景技术

近年来，随着人们对电池能量密度要求的日益提高，目前电池的材料体系已经逐渐不能满足高能量密度要求。研究发现硅是目前理论容量最大的负极材料，锂在硅中形成Li_4.4Si时，比容量高达4200mAh/g，远远高于石墨的理论容量(石墨类负极材料的理论容量仅为372mAh/g)，且硅具有低嵌锂电位和低成本的优势，有望替代石墨成为下一代锂离子电池负极材料。但是硅作为负极材料存在以下问题：(1)硅在嵌锂脱锂过程中伴随着严重的体积膨胀和收缩，导致材料容易粉化、从集流体上脱落而丧失电化学性能；(2)硅表面形成不稳定的SEI膜(固体电解质层)而导致容量的不可逆衰减；(3)硅的导电性能很差，高倍率下容量得不到有效释放，这些问题的存在严重的限制了硅基负极材料在锂离子电池中的应用。目前，利用多孔碳与硅进行复合得到的硅碳负极材料是解决硅体积膨胀问题的最佳方案之一，多孔碳中的孔为硅体积膨胀预留足够空间，能够保证硅在体积膨胀过程中仍然维持原有的形貌，同时多孔碳可以有效的隔离硅颗粒之间的相互作用，并且缓冲硅体积膨胀过程中产生的巨大应力。

多孔碳的制备原料多种多样，沥青为其中一种。沥青具有资源丰富，价格低廉，含碳量高和易于石墨化的优点，以沥青为原料制备多孔硅已成为当前的热点。传统的方法大多是先将沥青煅烧成碳，然后再进行造孔，该制备过程中，工艺步骤较多，且碳的合成条件苛刻，存在生产成本高和生产效率低的缺点。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种沥青基多孔碳材料的制备方法，以缓解现有技术中以沥青为原料生产多孔碳时工艺步骤复杂，生产成本高，生产效率低的技术问题。

本发明的第二目的在于提供一种利用上述制备方法得到的沥青基多孔碳材料，该沥青基多孔碳材料具有导电率高和孔隙率高的优点。

本发明的第三目的在于提供一种硅碳负极材料，该硅碳负极材料具有较好的循环稳定性，并有利于提高电池的首次充电效率。

本发明的第四目的在于提供一种二次电池，利用上述硅碳负极材料制备负极，从而使该二次电池具有优异的循环稳定性。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种沥青基多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

将球磨后得到的沥青与造孔剂的混合物进行煅烧，得到所述沥青基多孔碳材料。

进一步的，所述造孔剂为氢氧化钾、氢氧化钠或磷酸，优选为氢氧化钾，所述沥青与所述造孔剂的重量比为1：(1-5)。

进一步的，将沥青与造孔剂混合均匀后置于球磨机中球磨1-3h，然后再进行煅烧；球磨中采用的磨球为不同直径玛瑙球的组合，所述玛瑙球的直径分别为4-6mm、0.9-1.2cm和1.4-1.6cm。

进一步的，所述煅烧的方法为：在惰性气氛下，以2-7℃/min的升温速率升温至850-950℃煅烧0.5-2h。

进一步的，煅烧结束后依次用酸溶液、醇溶液和去离子水进行清洗处理，经干燥后得到所述沥青基多孔碳材料。

进一步的，所述酸溶液为稀硝酸溶液或稀盐酸溶液，所述稀硝酸溶液的浓度为摩尔2.5-3.5mol/L，所述稀盐酸溶液的摩尔浓度为2.5-3.5mol/L。