[发明专利]一种核壳型中间相炭微球的制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳型中间相炭微球的制备方法。首先将各向同性沥青与中间相沥青在不同熔融温度下获得不同粘度的沥青流体，然后将两种粘度差异的沥青流体按5~30：100的质量比例共混制备混合沥青，将混合沥青在340~380℃毛细管挤出，形成“串珠”状液珠直接滴落至不同密度梯度的接收相中，并经过滤、洗涤、干燥后得到沥青微球，最后经预氧化、炭化、石墨化处理制备得到核壳型中间相炭微球。本发明关键通过粘度差异的各向同性沥青与中间相沥青熔融共混、毛细管挤出工艺实现了沥青微球具有外层为各向同性沥青、内层为中间相沥青的特征，从而衍生得到了一种外层为无序碳、内层为有序碳的核壳比例可控的核壳型中间相炭微球。

技术领域

本发明属于中间相炭微球的制备方法领域。具体而言，本发明涉及一种能制备出核壳型的中间相炭微球的方法。

技术背景

近年来，随着电动汽车、储能电源、消费电子产品等领域的高速发展，对具有高能量密度、高功率密度、长使用寿命、良好安全性、价格低廉以及环境友好等特性的储能材料提出了愈加迫切的需求。中间相炭微球作为一种储能材料的重要负极材料，开发具有特定结构的储能材料用中间相炭微球是其电化学储能研发工作的发展趋势。其中，核壳结构型碳材料具有双层或多层结构，核与壳通过化学键或者库伦静电吸引以及吸附层媒介作用机理，其核材料和壳材料分别富集不同成分，使得核与壳的性能在一定程度上可以实现互补，从而可以制备出有别于甚至优于核或壳本身性能的新型功能材料。可以通过调节核壳物质种类来控制材料的性质，也可通过控制制备工艺进而控制核层、壳层厚度来调节核壳材料的性质，从而达到整体材料的性能优化。目前构筑核壳型中间相炭微球的方法主要是包覆或者修饰的思路。例如：专利（CN101916844A）以中间相炭微球为内核，外壳为包覆沥青衍生的碳制备核壳结构材料，该材料用作电极材料时，可以改善其倍率性能和循环性能。专利（CN101740230A）以中间相炭微球为核，在其表面原位生长纳米碳纤维、碳纳米管或生产纳米孔洞等方式形成壳层结构特征，将其应用于锂离子电池和超级电容器等储能材料的电极材料时表现出了良好的倍率性能。尽管包覆法或者修饰法是一种构筑核壳结构的有效手段，能够通过包覆材料的种类、包覆层的厚度、修饰材料等调控中间相炭微球的性能，但是这些方法在一定程度上会增加工艺的复杂性和难度性，且包覆的均匀性存在较大差异以及容易形成两相的表界面差异问题。实际上，采用传统的乳化法、悬浮法制备的中间相炭微球，往往表面会存在一层很薄的由各向同性沥青衍生的碳层，显示出直接得到核壳型中间相炭微球的优势与潜能，但这两种方法并不能控制碳层的厚度。实际上，沥青根据其光学织构的差异，主要有各向同性沥青和中间相沥青沥青两种，且由于两者分子量的大小不同在熔融状态下呈现出明显的粘度差异。因此，在高的剪切力作用下，低分子量的各向同性沥青可以发挥出类似溶剂的作用，促进高分子量的中间相沥青的熔融与改变其粘度。在此基础上，将两者的共混沥青进行毛细管挤出，调节合适的粘度，在模口的瞬间会发生肿大现象，并在表面张力与自身重力的作用下形成沥青液珠，进而将沥青液珠滴落不同溶剂接收相中，以实现滴落的沥青液珠的不断球化与分散、固化效果，从而获得形貌规整、尺寸均一的沥青微球。

发明内容