[发明专利]一种硬碳基负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种硬碳基负极材料的制备方法，包括如下制备步骤：将底甘油渣中加入醇溶剂，搅拌并加热至沸腾，直至溶解成液体；将甘油渣溶液经再加入二甲胺；将胺化后的甘油渣溶液置于高温加热炉中，进行一次碳化处理；将一次碳化的甘油渣放置于等离子体烧结炉中，抽真空，然后加压并升温烧结；将二次碳化的甘油渣放入电弧炉中，在惰性气体的保护下，升温烧结，进行三次碳化处理；将硬碳基材料和导电剂混合后，进行研磨，再分散于无水乙醇中，加入粘合剂，搅拌均匀，干燥，压片，即得硬碳基材料负极材料。本发明所使用的底甘油渣含有丰富的碳资源，可将其资源化利用，具有很高社会和环境效益，对实现绿色可持续发展具有重大意义。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种硬碳基负极材料的制备方法。

背景技术

随着全球能源使用量的日益增长，化石燃料等不可再生的能源日益枯竭，并且会对环境造成严重的污染，因此迫切需要人们去开发氢能、风能、核能、地热能、太阳能等可再生新能源，但是这些新能源均存在供应间歇性，不易控制等问题，在使用这些新能源之前需要解决的问题是将其储存后再集中释放利用，因此需要建设大规模的储能系统。电化学储能运行能量效率高，并且重放时间可控制，循环性能好，已经成为目前新能源研究的热点。

锂离子电池具有高工作电压、高能量密度、安全性佳等优点，而可广泛应用于许多领域的电源供应。锂离子电池的发展在很大的程度上取决于高性能正、负极材料的开发与应用。目前实用的中间相碳微球材料(MCMB)的制备成本偏高。而天然和人造石墨方面，为了降低初期不可逆电容量和提升循环寿命，需要以沥青类芳烃化合物材料进行表面改质，制备过程中需要1300℃以上的高温下实施碳化，其中，原材料(沥青类芳烃化合物)价格波动大，以及高温碳化下所产生的环境污染与能源大量消耗，皆不是长久永续经营的方向。

单甘脂、甘油酯等酯类化合物的制备过程，常常会产生较多的副产品，该副产品通过碳化、热解而成的固态产物。由于其具有来源广泛，成本低廉等优点，是生产碳材料的理想原料。其中，在甘油蒸馏生产及分子蒸馏酯类乳化剂生产过程中往往会产生大量的甘油渣，尤其在反复高温蒸馏工艺条件下得到的底甘油渣；这些底甘油渣是甘油渣反应提取后的残留产品，为沥青状半固体，组分复杂，大多数是不同聚合度的聚甘油酯。因此，若将这些底甘油渣为原料，来制备电极材料，使之既能变废为宝、又能节约创收和保护环境。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种硬碳基负极材料的制备方法，其利用底甘油渣为原料，通过各工序的配合，使其能够制备出电化学性能好、成本低、绿色环保的硬碳基负极材料。

本发明采用如下技术方案实现：

一种硬碳基负极材料的制备方法，包括如下制备步骤：

S1：将底甘油渣加入到高速搅拌器中，再加入醇溶剂，搅拌并加热至沸腾，直至溶解成液体，得到甘油渣溶液；该步骤通过醇溶剂及加热，将底甘油渣中不溶物质除去；

S2：将甘油渣溶液经过一级过滤器，除去不溶杂质，再加入二甲胺，升温，再经过二级过滤器，除去不溶杂质，得到胺化后的甘油渣溶液；该步骤通过通入二甲胺，在二甲胺的作用下，使得甘油渣溶液中的酯基进行部分水解，再与二甲胺反应，形成含氮化合物，以增强碳碳之间的结合；

S3：将胺化后的甘油渣溶液置于高温加热炉中，在惰性气体的保护下，进行一次碳化处理，得到一次碳化的甘油渣；

S4：将一次碳化的甘油渣置于石墨模具中，再放置于等离子体烧结炉中，抽真空，然后加压并升温烧结，进行二次碳化处理，得到二次碳化的甘油渣；

S5：将二次碳化的甘油渣放入电弧炉中，在惰性气体的保护下，升温烧结，进行三次碳化处理，得到基于甘油渣的硬碳基材料；经过多次碳化的甘油渣，使其碳碳之间进行结构重塑，并且由于存在氮元素、氧元素等等，大大增加了热解所得碳材料的比表面积，使得以其为原材料制得的碳基锂离子电池负极材料的电容性能得到了大幅度改善；