本發(fā)明涉及鋰離子電池材料，特別涉及一種類球形多孔碳及其制備方法和制備裝置、硅碳負(fù)極材料。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著能源存儲和轉(zhuǎn)換技術(shù)的迅速發(fā)展，碳材料因其優(yōu)異的物理化學(xué)性能，如高導(dǎo)電性、大比表面積和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，成為鋰離子電池、超級電容器和其他能源設(shè)備中的重要材料。傳統(tǒng)的碳材料如石墨雖然具有較高的導(dǎo)電性，但由于其比表面積小、孔結(jié)構(gòu)單一，難以滿足高性能儲能器件的需求。多孔碳材料因其獨特的孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，在儲能器件中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

2、其中，多孔硅碳負(fù)極材料是采用多孔碳為載體，將硅源在一定溫度壓力下沉積到多孔碳的孔道內(nèi)，形成硅碳負(fù)極材料。多孔碳主要以微孔和介孔為主，沉積的硅被多孔碳的微孔和介孔隔開，沒有大顆粒硅，膨脹應(yīng)力小，同時多孔碳的多孔結(jié)構(gòu)為硅的膨脹提供空間，因此多孔硅碳負(fù)極材料具有抗膨脹性好、長循環(huán)性能的優(yōu)點，被一致認(rèn)為是未來最具潛力的電池負(fù)極材料之一。多孔碳是多孔硅碳負(fù)極材料的核心材料，多孔碳的形貌、組成成分、孔結(jié)構(gòu)對多孔硅碳負(fù)極材料產(chǎn)品性能有重大影響。

3、現(xiàn)有技術(shù)1：專利公開號cn116495731a中公開了一種多孔碳微球、制備方法及應(yīng)用和硅碳負(fù)極材料。其采用乳液法從本體聚合開始，制作球形酚醛樹脂，再進(jìn)行炭化、物理活化、沉積硅烷、二次碳包覆。雖然可得到少粘附衛(wèi)星球的完美球形，但是其缺陷依舊是完美球，循環(huán)脫粘問題依舊存在；且采用乳液法，工序長，需要化工生產(chǎn)，管控原材料毒性等，生產(chǎn)工藝復(fù)雜與生產(chǎn)投資成本較高，需要上大化工。

4、現(xiàn)有技術(shù)2：專利公開號cn111777066a中公開了一種酚醛樹脂基球形活性炭的制備工藝，與上面的專利類似，從苯酚、甲醛等低分子原材料開始，通過乳液聚合后，再在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行進(jìn)一步的固化、炭化及蒸汽活化，最后進(jìn)行篩分分級。其中粒徑在30~60目（250~550μm）之間，應(yīng)用在吸附領(lǐng)域，其缺陷是：都通過大化工生產(chǎn)，也是完美球多孔碳，且粒徑較大，若強(qiáng)行粉碎分級，則球形形貌會完全破壞，不適用于鋰離子電池材料方面。

5、現(xiàn)有技術(shù)3：酚醛樹脂基球形活性炭的制備及其吸附性能的研究（[d]?柴保森，2016，中國科學(xué)院大學(xué)）公開了：采用水熱法，制備3.0~6.0μm的酚醛樹脂微球，其表面不似完美球，但是粘連嚴(yán)重。雖然水熱法較為環(huán)保，但其缺陷是：制備方式難以放大量產(chǎn)，且粘連嚴(yán)重，難以分離。

6、目前多孔碳大多是不規(guī)則塊狀或球形多孔碳，然而，現(xiàn)有技術(shù)中的完美球多孔碳存在點對點導(dǎo)鋰離子，倍率效果差，且弧形面在循環(huán)脹縮過程中，導(dǎo)致膠水脫粘，循環(huán)跳水現(xiàn)象嚴(yán)重；而塊狀多孔碳由于存在尖銳角，在壓實過程中會疊加破碎或刺穿隔膜，導(dǎo)致內(nèi)部微短路，影響電芯的電壓及容量。

7、因此，現(xiàn)有技術(shù)需要進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、現(xiàn)有技術(shù)中，完美球多孔碳的倍率效果差，塊狀多孔碳則由于其結(jié)構(gòu)，容易影響電芯的電壓及容量，因此，本發(fā)明提供一種類球形多孔碳及其制備方法和制備裝置、硅碳負(fù)極材料用于解決上述問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種類球形多孔碳的制備方法，其包括以下具體步驟：

3、s1、粉碎多孔碳前驅(qū)體，加入增稠劑和表面活性劑得到懸浮液；

4、s2、對所述懸浮液攪拌升溫，初步固化形成表面固化的球形樹脂；

5、s3、對表面固化的球形樹脂進(jìn)行洗滌過濾；

6、s4、將洗滌完成的球形樹脂及轉(zhuǎn)移至熱輥壓機(jī)裝置，逐步升溫進(jìn)行擠壓固化，得到固化的類球形樹脂；

7、s5、將所述類球形樹脂進(jìn)行初步打散過篩收集，在氮氣氛圍內(nèi)進(jìn)行碳化和活化造孔，烘干后在氮氣氛圍中高溫鈍化，打散后得到所需類球形多孔碳。

8、在一種實現(xiàn)方式中，在s1中，所述多孔碳前驅(qū)體為d50為2~20μm的酚醛樹脂；所述增稠劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素和纖維素磺酸鈉中的任意一種；所述表面活性劑為有機(jī)硅表面活性劑，所述懸浮液的固含量為8~15%。

9、在一種實現(xiàn)方式中，在s2中，具體包括：對所述懸浮液攪拌逐步升溫至80~120℃，反應(yīng)10~60min后使多孔碳前驅(qū)體成球且表面固化。

10、在一種實現(xiàn)方式中，在s3中，所述洗滌過濾為用去離子水沖洗后進(jìn)行抽濾洗滌。

11、在一種實現(xiàn)方式中，在s4中，通過熱輥壓機(jī)裝置進(jìn)行擠壓變形，控制物料在熱輥壓機(jī)裝置上的行進(jìn)速度或延長加熱軌道，加熱時間為10~30min，加熱溫度為150~250℃，得到固化的類球形樹脂。

12、在一種實現(xiàn)方式中，在s4中，所述類球形樹脂包括橢球形樹脂、土豆型樹脂、骰子型樹脂和石榴籽型樹脂中的任意一種。

13、在一種實現(xiàn)方式中，在s5中，所述碳化的溫度為500~800℃，所述高溫鈍化的溫度為600~1400℃；所述活化造孔具體包括：將所述類球形樹脂與化學(xué)活性劑充分混合，在700~1000℃的溫度下活化造孔；所述化學(xué)活化劑包括堿、氯化鹽和中強(qiáng)酸中的任意一種。

14、第二方面，本發(fā)明還提供一種類球形多孔碳，其通過上述任一項所述的類球形多孔碳的制備方法制得。

15、第三方面，本發(fā)明還提供一種類球形多孔碳的制備裝置，其用于制備上述的類球形多孔碳，其包括：

16、耐壓罐，用于攪拌多孔碳前驅(qū)體、增稠劑和表面活性劑組成的懸浮液，并對所述懸浮液攪拌升溫，初步固化形成球形樹脂；

17、球型閥，設(shè)置在所述耐壓罐底部，用于輸出初步固化形成的球形樹脂；

18、洗滌裝置，與所述耐壓罐連接，用于對表面固化的球形樹脂進(jìn)行洗滌；

19、離心過濾裝置，與所述洗滌裝置連接，用于對洗滌后的球形樹脂進(jìn)行過濾；

20、熱輥壓機(jī)裝置，與所述離心過濾裝置連接，包括傳輸履帶和設(shè)置在所述傳輸履帶上的加熱輥，用于對所述表面固化的球形樹脂進(jìn)行擠壓固化至完全固化成型為類球形多孔碳；

21、粉碎收集箱，與所述熱輥壓機(jī)裝置連接，用于粉碎并收集刮下的類球形多孔碳。

22、第四方面，本發(fā)明還提供一種硅碳負(fù)極材料，其包括上述的類球形多孔碳。

23、有益效果：本發(fā)明提供的類球形多孔碳的制備方法采用兩步法，第一步是球形多孔碳工藝，先制作表面固化且內(nèi)部可塑的球形多孔碳；第二步將表面固化球形樹脂擠壓通過壓力擠壓平面，并在高溫下進(jìn)一步固化定型，成為類球形樹脂，進(jìn)一步炭化、活化、洗滌、鈍化、沉積包覆而成多孔硅碳負(fù)極材料，從而兼顧塊狀與球形多孔硅碳的優(yōu)勢，有利于提高硅碳負(fù)極材料制備的電池的循環(huán)性能與倍率性能；提供了一種兼顧塊狀多孔碳與球形多孔碳的優(yōu)勢的類球形多孔碳和硅碳負(fù)極材料。

技術(shù)特征：

1.一種類球形多孔碳的制備方法，其特征在于，包括以下具體步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類球形多孔碳的制備方法，其特征在于，在s1中，所述多孔碳前驅(qū)體為d50為2~20μm的酚醛樹脂；所述增稠劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素和纖維素磺酸鈉中的任意一種；所述表面活性劑為有機(jī)硅表面活性劑，所述懸浮液的固含量為8~15%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類球形多孔碳的制備方法，其特征在于，在s2中，具體包括：對所述懸浮液攪拌逐步升溫至80~120℃，反應(yīng)10~60min后使多孔碳前驅(qū)體成球且表面固化。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類球形多孔碳的制備方法，其特征在于，在s3中，所述洗滌過濾為用去離子水沖洗后進(jìn)行抽濾洗滌。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類球形多孔碳的制備方法，其特征在于，在s4中，通過熱輥壓機(jī)裝置進(jìn)行擠壓變形，控制物料在熱輥壓機(jī)裝置上的行進(jìn)速度或延長加熱軌道，加熱時間為10~30min，加熱溫度為150~250℃，得到固化的類球形樹脂。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的類球形多孔碳的制備方法，其特征在于，在s4中，所述類球形樹脂包括橢球形樹脂、土豆型樹脂、骰子型樹脂和石榴籽型樹脂中的任意一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類球形多孔碳的制備方法，其特征在于，在s5中，所述碳化的溫度為500~800℃，所述高溫鈍化的溫度為600~1400℃；所述活化造孔具體包括：將所述類球形樹脂與化學(xué)活性劑充分混合，在700~1000℃的溫度下活化造孔；所述化學(xué)活化劑包括堿、氯化鹽和中強(qiáng)酸中的任意一種。

8.一種類球形多孔碳，其特征在于，通過權(quán)利要求1~7任一項所述的類球形多孔碳的制備方法制得。

9.一種類球形多孔碳的制備裝置，其特征在于，用于制備權(quán)利要求8所述的類球形多孔碳，其包括：

10.一種硅碳負(fù)極材料，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的類球形多孔碳。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種類球形多孔碳及其制備方法和制備裝置、硅碳負(fù)極材料。類球形多孔碳的制備方法包括以下具體步驟：粉碎多孔碳前驅(qū)體，加入增稠劑和表面活性劑得到懸浮液；對所述懸浮液攪拌升溫，初步固化形成表面固化的球形樹脂；對表面固化的球形樹脂進(jìn)行洗滌過濾；將洗滌完成的球形樹脂及轉(zhuǎn)移至熱輥壓機(jī)裝置，逐步升溫進(jìn)行擠壓固化，得到固化的類球形樹脂；將所述類球形樹脂進(jìn)行初步打散過篩收集，在氮氣氛圍內(nèi)進(jìn)行碳化和活化造孔，烘干后在氮氣氛圍中高溫鈍化，打散后得到所需類球形多孔碳。本發(fā)明提供了一種兼顧塊狀多孔碳與球形多孔碳的優(yōu)勢的類球形多孔碳和硅碳負(fù)極材料。

技術(shù)研發(fā)人員：王預(yù),鐘招漢,賈亞龍,慈立杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳索理德新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6