CN108706582A - 人造石墨负极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人造石墨负极材料的制备方法。旨在解决天然石墨材料不可再生，且品质及来源不稳定、生产成本难以受控等技术问题。本发明方法主要包括以下步骤：一、二级破碎，物料粒度分级，合理级配，除铁改性，石墨化，筛松等。本发明合理统筹采用一、二级破碎、分级和级配等措施，使石油焦粒度大小满足生产需要，并通过级配优化其粒度分布范围；再利用磁选除去生产处理过程中可能引入的铁磁性杂质；加入改性剂可以提高产品石墨化的生产效率并保证产品的生产质量；使其具有较高的充放电容量和充放电效率，优化石墨负极材料的电学性能；筛松处理使得石墨负极材料处于松散状态，避免粉体颗粒板结团聚。

Description

人造石墨负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂电池用石墨材料制备技术领域，具体涉及一种人造石墨负极材料的制备方法。
背景技术
石墨是元素碳结晶的矿物之一，具有质轻、耐高温、导热、导电、润滑、可塑性和化学稳定性好等优良性能，广泛应用于航空航天、新能源、医学、信息技术、高端装备制造、节能环保、核工业、新材料等新兴产业，将成为支撑未来高新技术发展的重要战略性资源。
锂离子电池广泛应用于笔记本电脑、手机、新能源汽车、电动车、充电电源、电动工具及数码通信设备等各领域当中，而锂离子电池制备材料当中，石墨负极材料是影响锂离子电池的关键性材料。锂离子电池目前主要用石墨微粉作为其导电负极的负极材料，其粒度通常介于3μm～30μm。
石墨包括天然石墨材料和人造石墨材料，其中，天然石墨主要存在于伴生石墨矿藏中，在地球矿藏资源中储量巨大，而在我国天然石墨矿藏储量和产量虽然均居于世界首位，但天然石墨属于不可再生矿产资源，而且天然石墨主要存在于伴生石墨矿藏中，需要经过开采及矿选并经过提纯和整形分级等等工艺制成，其受天然矿床的影响较大，受成本的控制及产品品质的影响较大。因而低成本、高性能的人造石墨则是锂电池石墨负极材料的新的来源途径。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于锂电池的人造石墨负极材料制备方法，以解决天然石墨材料不可再生，且品质及来源不稳定、生产成本难以受控等技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
以石油化工生产的焦碳产品为原料，并使其在高温下发生石墨化晶格转变，从而成为人造石墨负极材料，人造石墨负极材料具有非常好的电学性能，同时具有低成本、高倍率、高容率、长寿命的特点。具体技术方案如下：
（1）一级破碎：选取石油焦原料粗碎至粒度0.5～1.5cm；
（2）二级破碎：粗碎后的石油焦经磨粉机进行二级破碎至粒度小于35μm；
（3）分级：将二级破碎后的石油焦物料按照不同粒度范围进行分级处理，备用；
（4）级配：将不同粒度石油焦按照一定粒度配比进行级配，并使其混合均匀；级配是与分级紧密关联的。材料经破碎、分级过程后得到的材料粒度有大有小，分级常按粒度＜5μm、5μm＜粒度＜20μm、20μm＜粒度＜35μm分为细粒、中粒、粗粒三种粒度等级（满足正态分布）。不同粒度的材料在混合后，材料中的细用来提高材料密度，粗粒则作为骨架来提高材料强度。本发明研究发现按上述三种粒度等级级配，且使其D50粒度范围（满足正态分布）在7μm～20μm之间，可使得级配后的石墨材料在密度和强度方面均具有较好的性能。
（5）除铁：将级配混匀后所得物料输送至磁选机中进行磁选处理，去除材料自身及生产处理过程中可能引入的铁磁性杂质；
（6）改性：将步骤（5）所得物料与改性剂二氧化钛进行混合均匀后，在压力为0.01～0.1MPa、常温的密闭环境下进行改性处理；
（7）石墨化：将改性后的物料在惰性气体保护的气氛条件下，在2000～3000℃温度下石墨化处理2～10小时；
（8）筛松：将步骤（7）石墨化处理后的物料在高频振动筛中进行筛松处理，使得制备后的石墨负极材料粉体颗粒处于松散状态，避免颗粒板结团聚。
在所述步骤（1）中，优选对辊破碎机进行破碎。
在所述步骤（2）中，优选雷蒙磨进行破碎。
优选地，在所述步骤（3）中，分选机为变频风力分选机。
优选地，在所述步骤（5）中，所述磁选机为永磁磁选机。
在所述步骤（6）中，所述改性剂二氧化钛的用量为待处理物料质量的0.1‰～1‰。（二氧化钛使得制备的人造石墨负极材料呈现一定的介孔结构，从而具备更好的粒子吸附性能和电学性能，同时也提高了石墨化的生产效率）。
优选地，在所述步骤（8）中，所述高频振动筛的振动频率为5000～10000hz。
与现有技术相比，本发明的积极有益技术效果在于：
1.本发明合理统筹采用一级破碎、二级破碎、分级和级配等工艺处理措施，将石油焦进行粒度处理，使其粒度大小满足生产需要，并通过级配优化其粒度分布范围；再利用磁选除去生产处理过程中可能引入的铁磁性杂质，避免铁磁性杂质的存在对制备的人造石墨负极材料的电性能产生影响；加入改性剂可以提高产品石墨化的生产效率并保证产品的生产质量；使其具有较高的充放电容量和充放电效率，优化石墨负极材料的电学性能；筛松处理使得石墨负极材料处于松散状态，避免粉体颗粒板结团聚。
2.综合采用两级粉碎并配合分级和粉体级配处理，保证粒度大小满足生产需要同时优化了粉体颗粒的粒度范围分布，使其粒度处理更加合理高效，提高工作效率
3.加入改性剂可以提高产品石墨化的生产效率并保证产品的生产质量，提高其电学性能。
4.本发明制备的人造石墨负极材料能避免板结团聚。
5.本发明制备方法应用性强，非常适用于工业化推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中所涉及的设备如无特别说明，均为常规设备；所涉及的原材料，如无特别说明，均为市售材料；所涉及的测试、制备方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例1 一种人造石墨负极材料制备方法，主要包括如下步骤：
（1）一级破碎：选取石油焦原料由对辊破碎机粗碎至粒度0.5～1.5cm；
（2）二级破碎：粗碎后的石油焦经雷蒙磨进行二级破碎至粒度小于35μm；
（3）粒度分级：将二级破碎后的石油焦物料由变频风力分选机分选为不同粒度范围的物料，备用；
（4）合理级配：将粒度分级处理后的材料粒度按照下列粒度配比进行级配并使其混合均匀，其中细粒（粒度＜5μm）：中粒（5μm＜粒度＜20μm）：粗粒（20μm＜粒度＜35μm）的质量比1:2:1.5，均匀混合后，其粒度范围为（满足正态分布）D0＜35μm、8.0μm＜D50＜18μm、D94＞3.0 。
（5）除铁：将级配混匀后所得物料输送至永磁磁选机中进行磁选处理，去除材料自身及生产处理过程中可能引入的铁磁性杂质；
（6）改性：按待处理物料质量的0.1‰～1‰向步骤（5）所得物料中添加改性剂二氧化钛（二氧化钛使得制备的人造石墨负极材料呈现一定的介孔结构，从而具备更好的粒子吸附性能和电学性能，同时也提高了石墨化的生产效率）混合均匀后，在压力为0.06MPa、常温的密闭环境下进行改性处理；
（7）石墨化：将改性后的物料在惰性气体保护的气氛条件下，在2500℃温度下石墨化处理6小时；
（8）筛松：将步骤（7）石墨化处理后的物料在高频振动筛（振动频率为8000hz）中进行筛松处理，使得制备后的石墨负极材料粉体颗粒处于松散状态，避免颗粒板结团聚。制备出的人造石墨负极材料的主要性能指标如表1所示。
表1 人造石墨负极材料的主要性能指标
粒度 纯度 电阻率
8μm ~18μm ≥99 ≤3.2μΩ·m
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (9)

1.一种人造石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）一级破碎：选取石油焦原料粗碎至粒度0.5～1.5cm；
（2）二级破碎：粗碎后的石油焦经磨粉机进行二级破碎至粒度小于35μm；
（3）分级：将二级破碎后的石油焦物料按照不同粒度范围进行分级处理，备用；
（4）级配：将不同粒度石油焦按粒度配比进行级配，并使其混合均匀；
（5）除铁：将级配混匀后所得物料输送至磁选机中进行磁选处理，去除材料自身及生产处理过程中可能引入的铁磁性杂质；
（6）改性：将步骤（5）所得物料与改性剂二氧化钛进行混合均匀后，在压力为0.01～0.1MPa、常温的密闭环境下进行改性处理；
（7）石墨化：将改性后的物料在惰性气体保护的气氛条件下，在2000～3000℃温度下石墨化处理2～10小时；
（8）筛松：将步骤（7）石墨化处理后的物料在高频振动筛中进行筛松处理，使得制备后的石墨负极材料粉体颗粒处于松散状态，避免颗粒板结团聚。
2.根据权利要求1所述的人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，优选对辊破碎机进行破碎。
3.根据权利要求1所述的人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，选用雷蒙磨进行破碎。
4.根据权利要求1所述的人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，采用变频风力分选机进行分级处理。
5.根据权利要求1所述的人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，按粒度＜5μm、5μm＜粒度＜20μm、20μm＜粒度＜35μm分为细粒、中粒、粗粒三种粒度等级。
6.根据权利要求1所述的人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（4）中，级配的原则通常是将三种粒度等级级配后，使其D50粒度范围在7μm ～20μm之间。
7.根据权利要求1所述的人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（5）中，所述磁选机为永磁磁选机。
8.根据权利要求1所述的人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（6）中，所述改性剂二氧化钛的用量为待处理物料质量的0.1‰～1‰。
9.根据权利要求1所述的人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（8）中，所述高频振动筛的振动频率控制为5000～10000hz。
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