專利名稱：一種合成中間相炭微球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池材料領(lǐng)域，主要涉及鋰離子動力電池用負(fù)極材料-中間相炭微球的制備合成方法。
背景技術(shù)：
中間相炭微球(Mesocarbon Microbeads，簡稱為MCMB)是鋰離子電池負(fù)極材料的一種。MCMB屬于典型的軟炭，呈現(xiàn)近乎理想的球體形狀，石墨化程度較高，具有較高的可逆容量。其結(jié)構(gòu)中近乎完美的鋰離子嵌入-脫嵌通道，使得該材料具有其他負(fù)極材料無法比擬的高倍率充電和放電性能。同時結(jié)構(gòu)中的適量SP3鍵的存在使得該材料具有超乎尋常的穩(wěn)定性，從而顯示出卓越的長循環(huán)壽命。同時該材料的價格中等，具有很高的性價比。正是由于這些特點使得MCMB成為動力鋰離子電池負(fù)極材料的理想選擇。制備MCMB的主要方法是熱縮聚法。熱縮聚法就是熱處理稠環(huán)芳烴化合物以聚合生產(chǎn)中間相小球體，再采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒅虚g相小球體從母液中分離出來。在熱縮聚法制備MCMB過程中，影響MCMB質(zhì)量和產(chǎn)量的主要條件有溫度、時間。目前，工業(yè)上往往都采用熱縮聚法生產(chǎn)MCMB。在以往中間相炭微球的生產(chǎn)中，為了提高中間相炭微球產(chǎn)率，減少中間相炭微球反應(yīng)時間，往往采用提高反應(yīng)溫度的方法，但是，在高溫條件下中間相炭微球生長過快會夾帶喹啉不溶物0Π)等雜質(zhì)而且容易發(fā)生融并，從而影響中間相炭微球的形貌和均勻性，進(jìn)而影響其電化學(xué)性能。而反應(yīng)溫度低，則中間相炭微球生長緩慢，粒徑小，收率低，很難達(dá)到性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)特征在于采用兩步法合成工藝，即首先快速升溫至較高溫度后，使較多的成核點出現(xiàn)，然后降溫至較低溫度，恒溫較長時間，使多環(huán)芳烴分子圍繞成核點均勻生長，減少中間相炭微球缺陷，使其結(jié)晶更加完好，從而制備出產(chǎn)率高、性能優(yōu)異的中間相炭微球產(chǎn)品。本發(fā)明為一種合成中間相炭微球的方法，其特征在于在合成中間相炭微球過程中，采用兩步合成法首先快速升溫到高溫段，溫度為 430 460°C，升溫速率為5 15°C /分，恒溫時間為0. 1 2小時。然后將溫度降低到低溫段；溫度為400 430°C，恒溫時間為1 10小時。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其特征在于高溫段優(yōu)選為440 450°C。高溫段升溫速率優(yōu)選為10 15°C /分。高溫段反應(yīng)時間優(yōu)選為0. 5 1小時。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，低溫段優(yōu)選為410 420°C。低溫段恒溫時間優(yōu)選為4 8小時。本發(fā)明的優(yōu)勢在于首先將物料快速升溫至高溫段，并恒溫較短時間，使盡可能多的成核點呈爆發(fā)式出現(xiàn)，提高了中間相炭微球最終的產(chǎn)率，同時避免在高溫段中間相炭微球出現(xiàn)融并；然后將溫度降低，使芳烴大分子圍繞成核點緩慢均勻的生長，減少了中間相炭微球中缺陷的生成，并盡可能的減少了喹啉不溶物等雜質(zhì)的裹入，從而也有利于最終產(chǎn)物石墨化度的提高。因此，采用兩步合成工藝即有利于中間相炭微球產(chǎn)率的提高，也有利于中間相炭微球電化學(xué)性能的改善。本發(fā)明克服了以往采用高溫合成方法導(dǎo)致中間相炭微球產(chǎn)生融并或低溫合成方法導(dǎo)致產(chǎn)品粒徑小、產(chǎn)率低的缺陷，可制備出窄粒徑分布，粒徑范圍在20 30μπι，產(chǎn)率達(dá)到50%以上的中間相炭微球材料。


圖1是本發(fā)明的實施例1制備的中間相炭微球的偏光照片。圖2是本發(fā)明的實施例2制備的中間相炭微球的偏光照片。圖3是本發(fā)明的實施例3制備的中間相炭微球的偏光照片。圖4是本發(fā)明的實施例4制備的中間相炭微球的偏光照片。
具體實施例方式本發(fā)明通過下述例子予以進(jìn)一步說明，但并不局限于例子中所述方法。為了與本發(fā)明進(jìn)行對比，實施實例1和實施實例2給出了采用傳統(tǒng)的高溫和低溫聚合方法所制備的產(chǎn)品的偏光照片。實施例12L不銹鋼壓力反應(yīng)釜中加入Ikg煤浙青，關(guān)閉釜蓋，通入氮氣0. 5小時后開始以 IO0C /分快速升溫到450°C，恒溫時間為2小時，得到了融并焦化的中間相炭微球。實施例22L不銹鋼壓力反應(yīng)釜中加入Ikg煤浙青，關(guān)閉釜蓋，通入氮氣0. 5小時后開始以 IO0C /分快速升溫到410°C，恒溫時間為12小時，制備得到了 d5(1為15 μ m的中間相炭微球。實施例32L不銹鋼壓力反應(yīng)釜中加入Ikg煤浙青，關(guān)閉釜蓋，通入氮氣0. 5小時后開始以 IO0C /分快速升溫到450°C，恒溫時間為1小時，然后使溫度降為420°C，恒溫6小時，制備得到了 d5(1為20 μ m的中間相炭微球。實施例42L不銹鋼壓力反應(yīng)釜中加入Ikg煤浙青，關(guān)閉釜蓋，通入氮氣0. 5小時后開始以 15°C /分快速升溫到460°C，恒溫時間為0. 5小時，然后使溫度降為410°C，恒溫8小時，制備得到了 d5(1為25 μ m的中間相炭微球。
權(quán)利要求
1.一種合成中間相炭微球的方法，其特征在于在合成中間相炭微球過程中，采用兩步合成法首先快速升溫到高溫段，溫度為430 460°C，升溫速率為5 15°C /分，恒溫時間為0. 1 2小時；然后將溫度降低到低溫段；溫度為400 430°C，恒溫時間為1 10小時。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于高溫段溫度為440 450°C；高溫段升溫速率為10 15°C /分；高溫段反應(yīng)時間為0. 5 1小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，低溫段溫度為410 420°C；低溫段恒溫時間為4 8 小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合成鋰離子動力電池負(fù)極材料-中間相炭微球的方法。本發(fā)明采用兩步合成法，首先快速升溫到高溫段，恒溫反應(yīng)較短時間，然后降溫到低溫段，恒溫反應(yīng)較長時間。本發(fā)明與傳統(tǒng)的合成工藝相比具有產(chǎn)率高，中間相炭微球晶型好，電化學(xué)性能優(yōu)異，反應(yīng)工藝簡單等優(yōu)點。
文檔編號C01B31/02GK102515137SQ201110327829
公開日2012年6月27日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者劉慶華, 劉紅光, 葉學(xué)海, 孫國娟, 宮毓鵬, 張波, 時潔, 沈鵬, 董廣前 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油天津化工研究設(shè)計院