一種制備高石墨化度石墨粉體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及到高石墨化度石墨粉體的熱處理過程。
技術(shù)背景
[0002]石墨具有耐高溫，良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、良好的潤滑性、可塑性、抗熱震性以及化學(xué)性能穩(wěn)定等，因此，石墨材料越來越廣泛地應(yīng)用于原子能、汽車、航天技術(shù)、冶金、化工、機(jī)械等行業(yè)，已成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)中不可缺少的一種非金屬材料。尤其是鋰離子電池負(fù)極對石墨的要求也越來越高，石墨化度越高的石墨其二維亂層結(jié)構(gòu)的炭向石墨三維晶態(tài)炭轉(zhuǎn)變得越多，可插鋰結(jié)構(gòu)也就越多;高石墨化度的石墨可提高鋰離子電池效率和充放電壽命。
[0003]高石墨化度的石墨的制備主要采用艾奇遜爐或感應(yīng)爐升溫到3000°C以上熱處理而獲得，這類方法投資大、周期長、生產(chǎn)成本高。
[0004]本發(fā)明所涉及的高石墨化度石墨粉體原料混合粉體可以通過連續(xù)高溫石墨化爐高效地制備出高石墨化度石墨粉體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種制備高石墨化度石墨粉體的方法，通過添加堿金屬氯化物或堿金屬氟化物，并采用連續(xù)臥式碳管高溫石墨化爐進(jìn)行熱處理的方式，可有效的降低處理溫度、連續(xù)制備出高石墨化度石墨粉體。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，本方法包括以下步驟:
[0007](I)以天然鱗片石墨粉為原料，以堿金屬鹵化物為添加劑加入到原料中，添加劑是單獨(dú)的堿金屬氯化物或者堿金屬氟化物，或者是任意比例混合的堿金屬氯化物和堿金屬氟化物，添加劑占混合料總質(zhì)量的I %?5%，混合均勻后得到混合料；
[0008](2)將混合料裝入石墨容器中置于帶氮?dú)饣蛘邭鍤獗Ｗo(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，經(jīng)6?10小時(shí)內(nèi)升溫至2300?2800°C，保溫20?30分鐘，得到高石墨化度粉體。
[0009]所述的石墨粉體為人造石墨粉或天然石墨粉。
[0010]所述的連續(xù)臥式碳管石墨化爐，出爐方式為連續(xù)出爐。
[0011]所述的堿金屬鹵化物的作用為:堿金屬鹵化物屬于離子晶體一般熔點(diǎn)較低，并且能夠恪解碳，當(dāng)無定形碳出現(xiàn)被飽和狀態(tài)時(shí)，由于有序排列的碳和無序排列的碳之間的自由能量差，此時(shí)碳趨向于轉(zhuǎn)變?yōu)槭龀?。石墨析出后無定形碳又熔解于欠飽和的堿金屬化合物中，重復(fù)無定形碳熔解再析出轉(zhuǎn)變?yōu)槭倪^程。同時(shí)堿金屬離子易與碳結(jié)合生成碳化物的中間產(chǎn)物，然后隨溫度再分解生成易石墨化的碳，隨溫度提高，易石墨化的碳進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成石墨，從而達(dá)到催化石墨化作用。
[0012]本發(fā)明所涉及的工藝簡單，能耗低且無污染，更適合于工業(yè)化生產(chǎn)。將天然鱗片石墨采用本發(fā)明所涉及的高石墨化度石墨粉體的制備方法進(jìn)行石墨化處理后，可得到石墨化度為99.9%的天然鱗片石墨粉體。將天然石墨土狀微晶石墨采用本發(fā)明所涉及的高石墨化度石墨粉體的制備方法進(jìn)行石墨化處理后，可得到石墨化度為99.2%的天然石墨土狀微晶石墨粉體。將煅后石油焦采用本發(fā)明所涉及的高石墨化度石墨粉體的制備方法進(jìn)行石墨化處理后，可得到石墨化度為96.8%的石墨粉體。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明中天然鱗片石墨混合料經(jīng)2800°C處理后的石墨化度測試結(jié)果，石墨化度為99.9%。
[0014]圖2為本發(fā)明中天然土狀微晶石墨混合料經(jīng)2800°C處理后的石墨化度測試結(jié)果，石墨化度為99.2%。
[0015]圖3為本發(fā)明中煅后石油焦混合料經(jīng)2800°C處理后的石墨化度測試結(jié)果，石墨化度為96.8%。
【具體實(shí)施方式】
:
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，以下舉例示出的實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明而非用于對其作出任何限制，對工藝條件進(jìn)行的任何改變和修改，都沒有離開本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
[0017]實(shí)施例1
[0018]將天然鱗片石墨與占混合料總量的2.5 %氯化鈉混合，混合料裝入容器中置于帶保護(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，升溫至2300?2500°C，將混合料在此溫度下保溫20?30分鐘，再經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻至100°C以下，得到石墨化度為96.6%的粉體。
[0019]實(shí)施例2
[0020]將天然鱗片石墨與占混合料總量的2.5 %氯化鈉混合，混合料裝入容器中置于帶保護(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，升溫至2600?2800°C，將混合料在此溫度下保溫20?30分鐘，再經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻至100°C以下，得到石墨化度為99.9%的粉體。
[0021]實(shí)施例3
[0022]將天然鱗片石墨與占混合料總量的I%氯化鈉和2 %的氟化鈉混合，混合料裝入容器中置于帶保護(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，升溫至2300?2500°C，將混合料在此溫度下保溫20?30分鐘，再經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻至100°C以下，得到石墨化度為95.6%的粉體。
[0023]實(shí)施例4
[0024]將天然鱗片石墨與占混合料總量的I%氯化鈉和2 %的氟化鈉混合，混合料裝入容器中置于帶保護(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，升溫至2600?2800°C，將混合料在此溫度下保溫20?30分鐘，再經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻至100°C以下，得到石墨化度為99.5%的粉體。
[0025]實(shí)施例5
[0026]將天然石墨土狀微晶石墨與占混合料總量的2.5%氯化鈉混合，混合料裝入容器中置于帶保護(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，升溫至2300?2500°C，將混合料在此溫度下保溫20?30分鐘，再經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻至100°C以下，得到石墨化度為93.3%的粉體。
[0027]實(shí)施例6
[0028]將天然石墨土狀微晶石墨與占混合料總量的2.5%氯化鉀混合，混合料裝入容器中置于帶保護(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，升溫至2600?2800°C，將混合料在此溫度下保溫20?30分鐘，再經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻至100°C以下，得到石墨化度為98.9 %的粉體。
[0029]實(shí)施例7
[0030]將天然石墨土狀微晶石墨與占混合料總量的I%氯化鈉和2%的氟化鈉混合，混合料裝入容器中置于帶保護(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，升溫至2300?2500°C，將混合料在此溫度下保溫20?30分鐘，再經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻至100°C以下，得到石墨化度為95.6%的粉體。
[0031 ] 實(shí)施例8
[0032]將天然石墨土狀微晶石墨與占混合料總量的I%氯化鈉和2%的氟化鈉混合，混合料裝入容器中置于帶保護(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，升溫至2600?2800°C，將混合料在此溫度下保溫20?30分鐘，再經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻至100°C以下，得到石墨化度為99.2%的粉體。
[0033]實(shí)施例9
[0034]將煅后石油焦與占混合料總量的2.5 %氯化鈉混合，混合料裝入容器中置于帶保護(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，升溫至2300?2500°C，將混合料在此溫度下保溫20?30分鐘，再經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻至100°C以下，得到石墨化度為95.2%的粉體。
[0035]實(shí)施例10
[0036]將煅后石油焦與占混合料總量的2.5 %氯化鈉混合，混合料裝入容器中置于帶保護(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，升溫至2600?2800°C，將混合料在此溫度下保溫20?30分鐘，再經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻至100°C以下，得到石墨化度為96.8 %的粉體。
[0037]實(shí)施例11
[0038]將煅后石油焦與占混合料總量的I%氯化鈉和2 %的氟化鈉混合，混合料裝入容器中置于帶保護(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，升溫至2300?2500°C，將混合料在此溫度下保溫20?30分鐘，再經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻至100°C以下，得到石墨化度為95.6 %的粉體。
[0039]實(shí)施例12
[0040]將煅后石油焦與占混合料總量的I%氯化鈉和2 %的氟化鈉混合，混合料裝入容器中置于帶保護(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，升溫至2600?2800°C，將混合料在此溫度下保溫20?30分鐘，再經(jīng)過冷卻區(qū)冷卻至100°C以下，得到石墨化度為98.3%的粉體。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備高石墨化度石墨粉體的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)以天然鱗片石墨粉為原料，向原料中加入堿金屬鹵化物做為添加劑，添加劑是單獨(dú)的堿金屬氯化物或者堿金屬氟化物，或者是任意比例混合的堿金屬氯化物和堿金屬氟化物，添加劑占混合料總質(zhì)量的I %?5%，混合均勻后得到混合料； (2)將混合料裝入石墨容器中置于帶氮?dú)饣蛘邭鍤獗Ｗo(hù)氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐內(nèi)，經(jīng)6?10小時(shí)內(nèi)升溫至2300?2800°C，保溫20?30分鐘，得到高石墨化度粉體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高石墨化度石墨粉體的方法，所述的石墨粉體為人造石墨粉或天然石墨粉。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備高石墨化度石墨粉體的方法，其特征在于:所述的連續(xù)臥式碳管石墨化爐，出爐方式為連續(xù)出爐。
【專利摘要】一種制備高石墨化度石墨粉體的方法，按一定比例的石墨粉體、堿金屬氯化物、堿金屬氟化物混合制備的混合料，經(jīng)充分混合后裝入容器中，置于帶保護(hù)惰性氣氛的連續(xù)臥式碳管石墨化爐中，經(jīng)6～10小時(shí)升溫至2300～2800℃，保溫20～30分鐘處理后，連續(xù)出爐即可得到高石墨化度的石墨粉體。本發(fā)明工藝簡單，能耗低、生產(chǎn)效率高、制備成本低，可在石墨類材料生產(chǎn)中廣泛推廣使用。
【IPC分類】H01M4/587, H01M10/0525, C01B31/04
【公開號】CN105540569
【申請?zhí)枴緾N201510929226
【發(fā)明人】蘇哲安, 楊凱, 薛亮, 劉艷, 黃啟忠
【申請人】中南大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月15日