本發(fā)明涉及人造石墨生產(chǎn)，尤其涉及一種利用廢焦粉制備人造石墨的方法。

背景技術：

1、負極是鋰離子電池的主要成分，負極材料是決定電池性能的關鍵因素。石墨擁有優(yōu)異的電導率、電子傳導性，同時，可以和鋰離子形成穩(wěn)定的sei膜，因此被廣泛應用在鋰離子電池負極中。目前，市場亟需擁有更高能量密度和更高充放電倍率的電池，這就需要石墨負極的容量更高，提供給鋰離子的傳輸通道更多，傳輸路徑更短，因此，開發(fā)新一代的高容量高倍率石墨是十分有必要的。

2、在石墨生產(chǎn)的原料焦磨粉階段會產(chǎn)生大量的微粉，這些微粉由于具有較低的粒徑，在實際生產(chǎn)應用過程中能給鋰離子提供更多的傳輸通道。但是，這些微粉蓬松的特性，導致其能量密度較低，且加工性能較差，因此，在實際生產(chǎn)中這些微粉通常是以較低的價格出售到其他行業(yè)使用，對企業(yè)產(chǎn)生的價值較低。利用傳統(tǒng)工藝將微粉進行簡單造粒以后石墨化或直接石墨化得到的產(chǎn)品往往存在以下兩個問題：(1)振實密度低，導致后續(xù)加工時合漿困難；(2)容量低、壓實低，導致負極片的能量密度達不到要求，且涂布時在較低的壓力下便出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。因此，有必要研發(fā)一種廢焦粉制備人造石墨的新工藝，以改善產(chǎn)品的振實密度和容量，為人造石墨負極材料的生產(chǎn)提供新思路。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有的廢焦粉大多采用以較低價格出售到其他行業(yè)使用，對企業(yè)產(chǎn)生的價值較低的問題，本發(fā)明提供一種利用廢焦粉制備人造石墨的方法。本發(fā)明以廢焦粉為原料，將廢焦粉進行高溫石墨化后，與預氧化瀝青混合，并在無氧條件下造粒、碳化得到人造石墨，以該人造石墨作為負極材料制備的鋰離子電池兼具高壓實密度、高首效和高容量保持率等優(yōu)點，在鋰離子電池領域具有廣闊的應用前景。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的技術方案是：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種利用廢焦粉制備人造石墨的方法，包括如下步驟：

4、s1，收集原料焦磨粉工序產(chǎn)生的廢焦粉，將所述廢焦粉進行石墨化，得石墨化微粉；

5、s2，有氧氛圍下，將瀝青類粘結劑進行高溫烘烤，得預氧化瀝青類粘結劑；

6、s3，無氧氛圍下，將所述石墨化微粉與預氧化瀝青類粘結劑混合均勻，造粒，碳化，得人造石墨。

7、需要說明的是，本發(fā)明中所述廢焦粉指的是生產(chǎn)人造石墨的原料焦在磨粉工序產(chǎn)生的微粉副產(chǎn)品。

8、相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供的人造石墨的方法的制備方法，以原料焦磨粉階段產(chǎn)生的副產(chǎn)品微粉為原料，以瀝青類物質為粘結劑，并將瀝青類物質進行有氧烘烤，在烘烤過程中部分瀝青類物質被氧化，將其與廢焦粉進行混合造粒，在后續(xù)碳化過程中這些被氧化的物質會在石墨表面形成特殊的孔洞，這些特殊的有孔洞的碳包覆層，使得人造石墨具有良好的孔隙率，因此，該預氧化瀝青類物質一方面起到調(diào)節(jié)振實密度的作用，解決廢焦粉造粒后振實密度低的問題，另一方面，增加了人造石墨的孔道結構，使得人造石墨與電解液的接觸面積增大，有效縮短了鋰離子的傳輸途徑，從而提高了該人造石墨制備的鋰離子電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

9、本發(fā)明提供的人造石墨的制備方法以廢焦粉為原料，該類微粉的利用價值較低，通過將這些微粉進行二次利用，提高了原料焦的利用率，且為鋰離子電池提供了低成本、高容量、高倍率性能優(yōu)異的人造石墨負極材料，達到了降本增效的目的，具有較高的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，推廣應用價值較高。

10、進一步地，s1，所述原料焦包括石油焦、針狀焦或瀝青焦中的至少一種。

11、進一步地，s1中，所述廢焦粉的d50為2μm～6μm。

12、進一步地，s1中，所述石墨化的溫度為2800℃～3000℃，石墨化的時間為60h～80h。

13、優(yōu)選的石墨化溫度，可以改善石墨化產(chǎn)物的電化學性能，提高人造石墨的比容量和首次庫倫效率。

14、進一步地，s2中，所述有氧環(huán)境為空氣環(huán)境，也可以為氧氣氛圍。

15、進一步地，s2中，所述瀝青類粘結劑包括石油瀝青、煤瀝青或液態(tài)瀝青中的至少一種。

16、進一步地，s2中，所述高溫烘烤的溫度為200℃～300℃，高溫烘烤的時間為30min～60min。

17、將粘結劑進行有氧烘烤，可使得部分粘結劑被氧化，這些被氧化的粘結劑在后續(xù)碳化過程中會在人造石墨表面形成孔洞，這些孔洞結構不僅有利于電解液更好地滲透帶電極材料中，提高電解液與電極材料的接觸面積，從而提高電池的充放電效率和速率；還可以作為緩沖空間，減少因鋰離子嵌入和脫出引起的體積膨脹和收縮，從而提高電極材料的機械穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。

18、進一步地，s3中，所述石墨化微粉與預氧化瀝青類粘結劑的質量比為100:1～100:15。

19、將石墨化微粉和預氧化粘結劑按照上述比例混合，不僅可以使制備的人造石墨具有適中的振實密度，解決廢焦粉造粒后振實密度低，進而導致后續(xù)加工時合漿困難的問題，同時，還有利于提高電池的體積能量密度，保證電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

20、進一步地，s3中，無氧環(huán)境由惰性氣氛提供。惰性氣體可為本領域常規(guī)的氮氣、氬氣、氦氣等。

21、進一步地，s3中，混合的轉速為50rpm～500rpm，混合的時間為5min～10min。

22、進一步地，s3中，所述造粒的溫度為450℃～650℃，造粒的轉速為50rpm～60rpm，造粒的時間為60min～240min。

23、進一步地，s3中，所述造粒的粒度為8μm～15μm。

24、進一步地，s3中，所述碳化的溫度為900℃～1200℃，碳化的時間為8h～15h。

25、需要說明的是，s3中，碳化后人造石墨的粒徑為9μm～16μm。

26、第二方面，本發(fā)明還提供了一種人造石墨，由上述任一項所述的利用廢焦粉制備人造石墨的方法制備得到。

27、第三方面，本發(fā)明還提供了一種負極，包括所述的人造石墨。

28、第四方面，本發(fā)明還提供了上述人造石墨或上述的負極在制備鋰離子電池中的應用。

29、第五方面，本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，包括上述的人造石墨或上述的負極。

30、第六方面，本發(fā)明還提供了一種電池模塊，包括上述的鋰離子電池。

31、本發(fā)明以原料焦磨粉階段產(chǎn)生的副產(chǎn)品微粉為原料，通過特定的工藝將其轉化為具有微孔結構的人造石墨，將其作為鋰離子負極材料，有利于鋰離子的嵌入和快速充放電性能，且還有利于提高鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性能，提高鋰離子電池的整體性能。且廢焦粉的成本相對較低，以其作為原料制備人造石墨，不僅實現(xiàn)了提高其了生產(chǎn)價值，還有利于降低鋰離子電池的生產(chǎn)成本，具有明顯的經(jīng)濟和市場優(yōu)勢，為鋰離子電池提供了一種綜合性能優(yōu)異的新材料，市場前景廣闊。

技術特征：

1.一種利用廢焦粉制備人造石墨的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權利要求1所述的利用廢焦粉制備人造石墨的方法，其特征在于，s1中，所述原料焦包括石油焦、針狀焦或瀝青焦中的至少一種；和/或

3.如權利要求1所述的利用廢焦粉制備人造石墨的方法，其特征在于，s1中，所述石墨化的溫度為2800℃～3000℃，石墨化的時間為60h～80h。

4.如權利要求1所述的利用廢焦粉制備人造石墨的方法，其特征在于，s2中，所述瀝青類粘結劑包括石油瀝青、煤瀝青或液態(tài)瀝青中的至少一種；和/或

5.如權利要求1所述的利用廢焦粉制備人造石墨的方法，其特征在于，s3中，所述石墨化微粉與預氧化瀝青類粘結劑的質量比為100:1～100:15；和/或

6.一種人造石墨，其特征在于，由權利要求1～5任一項所述的利用廢焦粉制備人造石墨的方法制備得到。

7.一種負極，其特征在于，包括權利要求6所述的人造石墨。

8.權利要求6所述的人造石墨或權利要求7所述的負極在制備鋰離子電池中的應用。

9.一種鋰離子電池，其特征在于，包括權利要求6所述的人造石墨或權利要求7所述的負極。

10.一種電池模塊，其特征在于，包括權利要求9所述的鋰離子電池。

技術總結
本發(fā)明涉及人造石墨生產(chǎn)技術領域，具體公開一種利用廢焦粉制備人造石墨的方法。本發(fā)明提供的人造石墨的制備方法，以原料焦磨粉階段產(chǎn)生的副產(chǎn)品微粉為原料，以瀝青類物質為粘結劑，并將瀝青類物質進行有氧烘烤，在烘烤過程中部分瀝青類物質被氧化，將其與廢焦粉進行混合造粒，在后續(xù)碳化過程中這些被氧化的物質會在石墨表面形成特殊的孔洞，這些特殊的有孔洞的碳包覆層使得人造石墨具有良好的孔隙率，并解決了廢焦粉造粒后振實密度低的問題。將上述人造石墨應用于鋰離子電池中，有助于提升包含該負極材料的電化學裝置的電化學性能。本發(fā)明為鋰離子電池提供了一種低成本、高性能的負極材料，對于鋰離子電池的發(fā)展具有十分重要的意義。

技術研發(fā)人員：郭豪東,馬磊,曹瑞,安永康
受保護的技術使用者：石家莊尚太科技股份有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26