一種天然石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種天然石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用，該預(yù)處理方法包括下述步驟：①將天然石墨干燥；②將步驟①得到的材料在1800-2500r/min的轉(zhuǎn)速下持續(xù)5-40分鐘進(jìn)行混料融合，分級(jí)，即可。該預(yù)處理方法能夠提高天然石墨粉末的振實(shí)密度，不影響材料原來的粒度分布的趨勢，提高材料的形貌規(guī)整度，不影響容量和效率的發(fā)揮，處理后的天然石墨材料安全性好，性質(zhì)穩(wěn)定，批次之間幾乎沒有差別。
【專利說明】一種天然石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天然石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子裝置的普及化，越來越需要性能更好的二次電池。特別令人矚目的是鋰離子電池，與鎳鎘或鎳氫電池相比，使用鋰離子電池具有更高的能量密度，更好的使用性能。目前現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)針對(duì)提高電池性能進(jìn)行了廣泛研究，然而隨著對(duì)電池性能要求的進(jìn)一步提聞，還需要提聞電池的振實(shí)密度，從而提聞天然石墨整體的材料性能。
[0003]天然石墨材料具有很好的加工使用性能，但是存在振實(shí)密度低的缺點(diǎn)。天然石墨材料在生產(chǎn)加工過程中，一般會(huì)有后續(xù)加工分級(jí)的程序，而加工分級(jí)的生產(chǎn)程序會(huì)影響到材料的粒度分布，機(jī)器的加工磨損會(huì)影響到天然石墨顆粒形貌，進(jìn)而會(huì)使材料整體的振實(shí)密度降低。
[0004]在鋰離子電池設(shè)計(jì)過程中，振實(shí)密度是在規(guī)定條件下容器中的粉末經(jīng)振實(shí)后所測得的單位容積的質(zhì)量，其單位為g/cm3 ;鋰離子動(dòng)力電池在制作過程中，振實(shí)密度對(duì)電池性能有較大的影響。一般來說，振實(shí)密度越大，電池的容量就能做的越高，所以振實(shí)密度也被看做材料能量密度的參考指標(biāo)之一。振實(shí)密度不光和顆粒的大小、密度有關(guān)系，還和顆粒的形貌有關(guān)系，振實(shí)密度大的一般都有很好的粒子正態(tài)分布?？梢哉J(rèn)為，工藝條件一定的條件下，振實(shí)密度越大，電池的后續(xù)過篩性能越好。
[0005]為了解決上述問題，天然石墨要進(jìn)行后續(xù)的表面改性處理，以提高材料的振實(shí)密度?，F(xiàn)有技術(shù)提聞天然石墨振實(shí)密度的方法主要有提聞物料的石墨化度，石墨化度的提聞使物料的整體性能提聞，能使材質(zhì)更軟，從而提聞天然石墨的振實(shí)密度。不過現(xiàn)有的技術(shù)存在單純提高材料的石墨化度只能使材質(zhì)更軟，不會(huì)改變顆粒的形貌，顆粒的整體粒度分布不會(huì)有大的改觀，不能有效的提高振實(shí)密度。該現(xiàn)狀亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服了現(xiàn)有的天然石墨材料的顆粒表面修正不完善，振實(shí)密度低的缺陷，提供了一種提高天然石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用。該預(yù)處理方法能夠提高天然石墨粉末的振實(shí)密度，不影響材料原來的粒度分布的趨勢，提高材料的形貌規(guī)整度，不影響容量和效率的發(fā)揮，處理后的天然石墨材料安全性好，性質(zhì)穩(wěn)定，批次之間幾乎沒有差別。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題。
[0008]本發(fā)明提供了一種天然石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:①將天然石墨干燥；②將步驟①得到的材料在1800-2500r/min的轉(zhuǎn)速下持續(xù)5_40分鐘進(jìn)行混料融合，分級(jí)，即可。
[0009]步驟①中，所述的天然石墨為本領(lǐng)域常規(guī)各種普通天然石墨。所述的天然石墨的D50粒徑較佳地為18-25 μ m,更佳地為20-23 μ m。[0010]步驟①中，所述的干燥的方法和條件為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述的干燥一般在干燥箱中進(jìn)行。所述干燥的時(shí)間較佳地為1-3小時(shí)，更佳地為1.5-3小時(shí)。所述干燥的溫度較佳地在100-130°C，更佳地為130°C。所述干燥的終點(diǎn)以水分占總物料質(zhì)量的1%以下為準(zhǔn)。
[0011]步驟②中，所述的混料的方法和條件為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述的混料一般在高速改性融合機(jī)中進(jìn)行。所述混料的條件較佳地為在2000-2300r/min的轉(zhuǎn)速下持續(xù)15-25分鐘。按本領(lǐng)域常識(shí)，在進(jìn)行所述的混料之前，混料的機(jī)器需進(jìn)行清理、檢測，以沒有雜質(zhì)為佳。
[0012]步驟②中，所述的分級(jí)的方法和條件為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述的分級(jí)較佳地為氣流分級(jí)。所述分級(jí)的目數(shù)較佳地為200-250目。所述的氣流分級(jí)較佳地采用分級(jí)機(jī)進(jìn)行。所述分級(jí)機(jī)的頻率較佳地為20-25HZ，更佳地為22Hz。所述的分級(jí)目的是除去雜質(zhì)和大顆粒。
[0013]本發(fā)明中，依據(jù)各處理設(shè)備的處理能力的不同，所述的天然石墨材料的單次處理量一般為1.5-3公斤，較佳地為2公斤。
[0014]本發(fā)明還提供了由所述預(yù)處理方法制得的天然石墨材料。
[0015]本發(fā)明中，所述天然石墨材料在實(shí)際使用之前，按常規(guī)步驟會(huì)進(jìn)行送檢處理，測定所述天然石墨材料的粒徑、真密度、壓實(shí)密度、灰分、容量和效率等參數(shù)。
[0016]本發(fā)明還提供了所述天然石墨材料在制備電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。
[0017]其中，所述的電池負(fù)極材料較佳地為鋰離子電池負(fù)極材料。
[0018]本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。
[0019]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:
[0020]1、本發(fā)明的天然石墨材料具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021]I)振實(shí)密度明顯提高；
[0022]2)整體粒度分布不會(huì)受影響，大小顆粒分布的更均勻；
[0023]3)形貌規(guī)整度增加，修飾的更完整均勻，不影響容量和效率的發(fā)揮；
[0024]4)性質(zhì)穩(wěn)定，批次之間幾乎沒有差別。
[0025]2、本發(fā)明的天然石墨材料預(yù)處理方法簡單可行，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為實(shí)施例2的天然石墨原料的粒度分布圖。
[0027]圖2為實(shí)施例2所制得的天然石墨材料的粒度分布圖。
[0028]圖3為實(shí)施例2中天然石墨原料(a)和制得的天然石墨材料(b)的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。
[0030]下述實(shí)施例中使用的天然石墨材料為上海杉杉科技有限公司生產(chǎn)的天然石墨類
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廣叩ο[0031]下述實(shí)施例中，高速改性融合機(jī)在使用前均經(jīng)過檢查和清理，設(shè)備運(yùn)行正常，確保無雜質(zhì)。
[0032]實(shí)施例1
[0033]天然石墨(記為原料A)，D50粒徑為20 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑為20.4 μ m，真密度為2.20g/cm3，振實(shí)密度為1.lOg/cm3。
[0034]天然石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:
[0035]①將天然石墨放入干燥箱中于130°C干燥1.5小時(shí)；
[0036]②將2公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為20.4 μ m的天然石墨放入高速改性融合機(jī)中混料，時(shí)間為15分鐘，轉(zhuǎn)速為2000r/m ;之后過物料分級(jí)機(jī)處理即可，分級(jí)處理頻率為22Hz，即可。
[0037]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為20.1 μ m,真密度為2.20g/cm3,振實(shí)密度為1.12g/cm3。
[0038]實(shí)施例2
[0039]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為22 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑為22.2 μ m，真密度為2.20g/cm3，振實(shí)密度為1.llg/cm3。
[0040]天然石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:
[0041]①將天然石墨放入干燥箱中于130°C干燥1.5小時(shí)；
[0042]②將2.5公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為22.2 μ m的天然石墨放入高速改性融合機(jī)中混料，時(shí)間為5分鐘，轉(zhuǎn)速為2100r/m ;之后過物料分級(jí)機(jī)處理即可，分級(jí)處理頻率為22Hz，即可。
[0043]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為22.1 μ m,真密度為2.20g/cm3,振實(shí)密度為1.14g/cm3。
[0044]實(shí)施例3
[0045]天然石墨(記為原料A)，D50粒徑為20 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑為20.4 μ m，真密度為2.20g/cm3，振實(shí)密度為1.lOg/cm3。
[0046]天然石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:
[0047]①將天然石墨放入干燥箱中于130°C干燥2.0小時(shí)；
[0048]②將2公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為20.4 μ m的天然石墨放入高速改性融合機(jī)中混料，時(shí)間為18分鐘，轉(zhuǎn)速為2100r/m ;之后過物料分級(jí)機(jī)處理即可，分級(jí)處理頻率為22Hz。
[0049]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為20.3 μ m,真密度為2.20g/cm3,振實(shí)密度為1.13g/cm3。
[0050]實(shí)施例4
[0051]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為22 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑為22.2 μ m，真密度為2.20g/cm3，振實(shí)密度為1.llg/cm3。
[0052]天然石墨材料的預(yù)處理方法,其包括下述步驟:
[0053]①將天然石墨材料放入干燥箱中于130°C干燥1.5小時(shí)；使材料整體呈干燥細(xì)粉狀；
[0054]②將2公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為22.2 μ m的天然石墨放入高速改性融合機(jī)中混料，時(shí)間為20分鐘，轉(zhuǎn)速為2100r/m ;之后過物料分級(jí)機(jī)處理即可，分級(jí)處理頻率為22Hz。[0055]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為22.0ym,真密度為2.20g/cm3,振實(shí)密度為1.14g/cm3。
[0056]實(shí)施例5
[0057]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為22 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑為22.2 μ m，真密度為2.20g/cm3，振實(shí)密度為1.llg/cm3。
[0058]天然石墨材料的預(yù)處理方法,其包括下述步驟:
[0059]①將天然石墨放入干燥箱中于130°C干燥1.5小時(shí)，使材料整體呈干燥細(xì)粉狀；
[0060]②將2公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為22.2 μ m的天然石墨放入高速改性融合機(jī)中混料，時(shí)間為25分鐘，轉(zhuǎn)速為2300r/m ;之后過物料分級(jí)機(jī)處理即可，分級(jí)處理頻率為22Hz。
[0061]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為22.0ym,真密度為2.20g/cm3,振實(shí)密度為1.15g/cm3。
[0062]對(duì)比實(shí)施例1
[0063]天然石墨(記為原料A)，D50粒徑為20 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑20.4 μ m，真密度2.20g/cm3，振實(shí)密度1.lOg/cm3。
[0064]天然石墨材料的預(yù)處理方法如下:
[0065]①將天然石墨放入干燥箱中于130°C干燥1.5小時(shí)；
[0066]②將2公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為20.4 μ m的天然石墨放入高速改性融合機(jī)中混料，時(shí)間為3分鐘，轉(zhuǎn)速2000r/m ;之后過物料分級(jí)機(jī)處理即可，分級(jí)處理頻率22Hz。
[0067]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為20.4 μ m,真密度為2.20g/cm3,振實(shí)密度為1.10g/cm3o
[0068]對(duì)比實(shí)施例2
[0069]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為22 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑22.2 μ m，真密度2.20g/cm3，振實(shí)密度1.llg/cm3。
[0070]天然石墨材料的預(yù)處理方法如下:
[0071]①將天然石墨放入干燥箱中于130°C干燥1.5小時(shí)；
[0072]②將2.5公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為22.2 μ m的天然石墨放入高速改性融合機(jī)中混料，時(shí)間為5分鐘，轉(zhuǎn)速為1000r/m ;之后過物料分級(jí)機(jī)處理即可，分級(jí)處理頻率為22Hz。
[0073]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為22.2 μ m,真密度為2.20g/cm3,振實(shí)密度為1.10g/cm3o
[0074]對(duì)比實(shí)施例3
[0075]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為22 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑22.2 μ m，真密度2.20g/cm3，振實(shí)密度1.llg/cm3。
[0076]天然石墨材料的預(yù)處理方法如下:
[0077]①將天然石墨放入干燥箱中于130°C干燥1.5小時(shí)；
[0078]②將2.5公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為22.2 μ m的天然石墨放入高速改性融合機(jī)中混料，時(shí)間為15分鐘，轉(zhuǎn)速為3000r/m ;之后過物料分級(jí)機(jī)處理即可，分級(jí)處理頻率為22Hz。
[0079]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為22.2 μ m,真密度為2.20g/cm3,振實(shí)密度為
1.09g/cm3。
[0080]效果實(shí)施例[0081]對(duì)實(shí)施例1-5和對(duì)比例1-3中的天然石墨負(fù)極材料分別進(jìn)行粒徑、真密度、振實(shí)密度及灰分等項(xiàng)指標(biāo)測試；采用半電池測試方法對(duì)實(shí)施例1-5中的天然石墨材料進(jìn)行放電容量以及首次充放電效率的測試，結(jié)果均列于表I。同時(shí)還進(jìn)行過篩性能檢測，結(jié)果均列于表2。
[0082]測試所使用的儀器名稱及型號(hào)為:D50粒徑，激光粒度分布儀MS2000 ;真密度TD-1200，超級(jí)恒溫水槽SC-15 ;灰分，高溫電爐SX2-2.5_12，振實(shí)密度，F(xiàn)ZS4-4B振實(shí)密度測定儀。
[0083]測定方法國家標(biāo)準(zhǔn):振實(shí)密度GB/T5162-2006/IS03953:1993 ;真密度GBT8330-2008。
[0084]半電池測試方法為:天然石墨材料、含有6?7%聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮及2%的導(dǎo)電炭黑按91.6:6.6:1.8的質(zhì)量比例混合均勻，涂于銅箔上，將涂好的極片放入溫度為110°C真空干燥箱中真空干燥4小時(shí)備用。模擬電池裝配在充氬氣的德國布勞恩手套箱中進(jìn)行，電解液為lMLiPF6+EC:DEC:DMC = 1:1:1 (體積比)，金屬鋰片為對(duì)電極，電化學(xué)性能測試在美國ArbinBT2000型電池測試儀上進(jìn)行，充放電電壓范圍為0.005至1.0V,充放電速率為0.1C。
[0085]過篩性能檢測方法:將篩網(wǎng)折成漏斗狀，使其包住燒杯口，并用橡皮筋套在燒杯口使其固定，將混合好的漿料倒入少許篩網(wǎng)(200目)上，用勺子輕輕擠壓，觀察漿料過篩情況如何。如果無法過篩，則換目數(shù)更小的篩網(wǎng)(如果100目仍然無法過篩，則不再過篩，再視具體情況看是否需要涂布)，選好合適的篩網(wǎng)后，將漿料倒入篩網(wǎng)上，用勺子輕輕擠壓，慢慢使?jié){料流入下面燒杯，當(dāng)需要注意篩上物的時(shí)候可以用水沖洗篩網(wǎng)，然后觀察篩上物是否有大顆粒等現(xiàn)象。
[0086]表I各實(shí)施例的天然石墨材料的性能參數(shù)
[0087]
【權(quán)利要求】
1.一種天然石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:①將天然石墨干燥將步驟①得到的材料在1800-2500r/min的轉(zhuǎn)速下持續(xù)5_40分鐘進(jìn)行混料融合，分級(jí)，即可。
2.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟①中，所述的天然石墨的D50粒徑為 18-25 μ m。
3.如權(quán)利要求2所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟①中，所述的天然石墨的D50粒徑為 20-23 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟①中，所述干燥的時(shí)間為1-3小時(shí)；所述干燥的溫度在100-130°C。
5.如權(quán)利要求4所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟①中，所述干燥的時(shí)間為1.5-3小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟②中，所述的混料在高速改性融合機(jī)中進(jìn)行；所述混料的條件為在2000-2300r/min的轉(zhuǎn)速下持續(xù)15-25分鐘。
7.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟②中，所述的分級(jí)為氣流分級(jí)；所述分級(jí)的目數(shù)為200-250目。
8.如權(quán)利要求7所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟②中，所述的氣流分級(jí)采用分級(jí)機(jī)進(jìn)行；所述分級(jí)機(jī)的頻率為20-25HZ。
9.一種如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的預(yù)處理方法制得的天然石墨材料。
10.如權(quán)利要求9所述的天然石墨材料在制備電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01M4/583GK103855397SQ201210526271
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月5日
【發(fā)明者】張華 , 李輝, 喬永民, 杜旭, 李 杰, 韓家安, 楊凱 申請人:寧波杉杉新材料科技有限公司