一種中間相復(fù)合石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種中間相復(fù)合石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，以中位粒徑為15-20μm的中間相炭微球?yàn)樵螦，以中位粒徑為4-8μm的天然石墨為原料B，以納米級微粉瀝青為原料C。取上述原料A，將原料A用氣流粉碎方法粉碎成粒徑≤8μm的微粉。取上述原料A和B按A/B=100/（30~200）的比例進(jìn)行攪拌混合，然后按（A+B）/C=100/（8~15）的比例加入原料C進(jìn)行氣流混合。最后將混合好的物料壓制成塊，放入燒結(jié)爐中在1200~1500℃下進(jìn)行炭化，或者在2800~3200℃下進(jìn)行石墨化，或者先在1200~1500℃下進(jìn)行炭化后在2800~3200℃下進(jìn)行石墨化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：循環(huán)性能好，容量高、效率高、安全性能好。
【專利說明】一種中間相復(fù)合石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種中間相復(fù)合石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，屬于鋰離子電池負(fù)極材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]碳負(fù)極鋰離子電池在安全和循環(huán)壽命方面顯示出較好的性能，并且碳材料價廉、無毒，目前商品鋰離子電池廣泛采用碳負(fù)極材料。鋰離子電池具有工作電壓高、放電電壓平穩(wěn)、低溫性能好、比能量高、自放電小、無記憶效應(yīng)、對環(huán)境友好及長工作壽命等優(yōu)點(diǎn)，是近年來電化學(xué)界研究熱點(diǎn)。其中，鋰離子電池負(fù)極材料是鋰離子電池的主要組成部分，負(fù)極材料更是決定鋰離子電池性能的重要因素。
[0003]自日本SONY公司于1989年首先將浙青焦用作鋰離子電池負(fù)極材料以來，隨著鋰離子電池的快速發(fā)展，炭石墨負(fù)極材料的原料來源也相繼延伸至中間相炭微球、硬炭、人造石墨和天然石墨等。但由于原料來源不同的炭石墨負(fù)極材料的使用性能存在一定的差異以及炭石墨類材料本身存在的一定缺陷，業(yè)界內(nèi)通常采用各種物理、化學(xué)手段來改善炭石墨類材料的電性能。中間相炭微球是一種具有極大開發(fā)潛力的材料，除具有石墨類炭負(fù)極材料的一般特性外，其在結(jié)構(gòu)和形態(tài)方面也具有獨(dú)特的優(yōu)勢。但中間相炭微球作為單純的負(fù)極材料來使用，其嵌鋰能力雖然比天然石墨高，但可逆容量很低。本發(fā)明采用機(jī)械方法將中間相炭微球的原有結(jié)構(gòu)破壞，然后與天然石墨進(jìn)行復(fù)合而制成的復(fù)合型石墨負(fù)極材料，以發(fā)揮材料的嵌鋰能力，以及提高可逆容量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種中間相復(fù)合石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，以克服中間相炭微球存在的與電解液相容性差，可逆容量低的缺陷，以及克服天然石墨存在的容量低、導(dǎo)電性差、循環(huán)壽命短等自然缺陷。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種中間相復(fù)合石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，具體生產(chǎn)工藝為:
Ca)以中位粒徑為15-20Mm的中間相炭微球?yàn)樵螦 ；
(b)以中位粒徑為4-8Mm的天然石墨為原料B;
(c)以納米級浙青微粉為原料C,中位粒徑為<90nm ；
(d)將原料A在280(T320(TC下進(jìn)行石墨化處理；
Ce)將石墨化處理后的原料A用氣流粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，粉碎成粒徑< 8Mm的微粉；
Cf)將(e)步驟得到的原料A微粉和(b)步驟的原料B按A/B=100/ (30~200)的比例在常溫狀態(tài)下進(jìn)行攪拌混合，然后按(A+B)/C=IOO/ (8^15)的比例加入原料C并利用氣流混合機(jī)進(jìn)行氣流混合；
(g)將(f)步驟混合好的物料壓制成塊，放入燒結(jié)爐中在1200-1500?下進(jìn)行炭化處
理；(h)待物料冷卻至室溫后，進(jìn)行粉碎、分級、除雜、篩分，產(chǎn)品中位粒徑控制在13-20Mm。
[0006]所述原料A為石油浙青基或煤浙青基在經(jīng)熱分解和熱縮聚反應(yīng)后得到均相成核的中間相球體。
[0007]所述原料C為石油浙青或煤浙青。
[0008]所述攪拌混合采用雙螺桿或雙螺帶攪拌方式。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
1、由于本發(fā)明對中間相炭微球進(jìn)行機(jī)械粉碎處理，破壞其表面結(jié)構(gòu)，利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性，來發(fā)揮其脫鋰性能，因此提高了可逆性；
2、采用天然石墨與中間相炭微球進(jìn)行復(fù)合，可提高材料整體的加工性能，提高振實(shí)密度和壓實(shí)密度；
3、采用納米級浙青作為輔料將對中間相炭微球和天然石墨進(jìn)行壓制處理，一方面有助于提高壓塊的密度，另一方面也是對材料進(jìn)行表面包覆改性處理，彌補(bǔ)材料的表面缺陷；
4、綜上所述，本發(fā)明通過利用中間相炭微球、天然石墨和浙青進(jìn)行物理、化學(xué)處理而制成復(fù)合型石墨，能夠大大的發(fā)揮中間相材料的可逆容量和循環(huán)壽命，而且其生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)效率高，成本低，加工過程安全,可用于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0010]具體實(shí)施 方式:
實(shí)施例1:
稱取中間相炭微球原料A 20000g，在2800°C條件下進(jìn)行石墨化。
[0011]稱取石墨化后的原料A lOOOOg，進(jìn)行氣流粉碎，中位粒徑要求控制在≤8Mm。
[0012]稱取粉碎好的原料A 5000g與天然石墨原料B 5000g，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行攪拌混合30分鐘。
[0013]稱取原料A與B的 混合物8000g，加入浙青原料C 800g,在常溫狀態(tài)下進(jìn)行氣流混合 30min。
[0014]稱取原料A、B、C混合后的材料8000g，進(jìn)行壓塊處理，然后將塊狀料放入燒結(jié)爐中，在1400°C溫度下進(jìn)行炭化處理。
[0015]將炭化后的塊狀料進(jìn)行粉碎和后處理，所述后處理包括分級、除雜、篩分，要求中位粒徑控制在13-20Mm。
[0016]用LIR2430型扣式電池做試驗(yàn)，所得負(fù)極材料放電容量為360.7mAh/g，放電效率為93.8%，如表1所示。
[0017]實(shí)施例2:
稱取中間相炭微球原料A 20000g，在2800°C條件下進(jìn)行石墨化。
[0018]稱取石墨化后的原料A lOOOOg，進(jìn)行氣流粉碎，中位粒徑要求控制在≤8Mm。
[0019]稱取粉碎好的原料A 5000g與天然石墨原料B 3000g，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行攪拌混合30分鐘。
[0020]稱取原料A與B的混合物8000g，加入浙青原料C 960g,在常溫狀態(tài)下進(jìn)行氣流混合 30min。
[0021]稱取原料A、B、C混合后的材料8000g，進(jìn)行壓塊處理，然后將塊狀料放入燒結(jié)爐中，在1300°C溫度下進(jìn)行炭化處理。
[0022]將炭化后的塊狀料進(jìn)行粉碎和后處理，所述后處理包括分級、除雜、篩分，要求中位粒徑控制在13-20Mm。
[0023]用LIR2430型扣式電池做試驗(yàn)，所得負(fù)極材料放電容量為352.6mAh/g,放電效率為93.6%，如表1所示。
[0024]實(shí)施例3:
稱取中間相炭微球原料A 20000g，在3000°C條件下進(jìn)行石墨化。
[0025]稱取石墨化后的原料A lOOOOg，進(jìn)行氣流粉碎，中位粒徑要求控制在< 8Mm。
[0026]稱取粉碎好的原料A 5000g與天然石墨原料B 4000g，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行攪拌混合30分鐘。
[0027]稱取原料A與B的混合物8000g，加入浙青原料C 1200g,在常溫狀態(tài)下進(jìn)行氣流混合30min。
[0028]稱取原料A、B、C混合后的材料8000g，進(jìn)行壓塊處理，然后將塊狀料放入燒結(jié)爐中，在1400°C溫度下進(jìn)行炭化處理。
[0029]將炭化后的塊狀料進(jìn)行粉碎和后處理，所述后處理包括分級、除雜、篩分，要求中位粒徑控制在13-20Mm。
[0030]用LIR2430型扣式電池做試驗(yàn)，所得負(fù)極材料放電容量為356.7mAh/g,放電效率為93.7%，如表1所示。
[0031]實(shí)施例4:
稱取中間相炭微球原料A 20000g，在3000°C條件下進(jìn)行石墨化。
[0032]稱取石墨化后的原料A lOOOOg，進(jìn)行氣流粉碎，中位粒徑要求控制在< 8Mm。
[0033]稱取粉碎好的原料A 5000g與天然石墨原料B 7500g，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行攪拌混合30分鐘。
[0034]稱取原料A與B的混合物8000g，加入浙青原料C 960g,在常溫狀態(tài)下進(jìn)行氣流混合 30min。
[0035]稱取原料A、B、C混合后的材料8000g，進(jìn)行壓塊處理，然后將塊狀料放入燒結(jié)爐中，在1400°C溫度下進(jìn)行炭化處理。
[0036]將炭化后的塊狀料進(jìn)行粉碎和后處理，所述后處理包括分級、除雜、篩分，要求中位粒徑控制在13-20Mm。
[0037]用LIR2430型扣式電池做試驗(yàn)，所得負(fù)極材料放電容量為362.1mAh/g，放電效率為93.6%，如表1所示。
[0038]實(shí)施例5:
稱取中間相炭微球原料A 20000g，在3100°C條件下進(jìn)行石墨化。
[0039]稱取石墨化后的原料A lOOOOg，進(jìn)行氣流粉碎，中位粒徑要求控制在< 8Mm。
[0040]稱取粉碎好的原料A 5000g與天然石墨原料B 6000g，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行攪拌混合30分鐘。
[0041 ] 稱取原料A與B的混合物8000g，加入浙青原料C 800g,在常溫狀態(tài)下進(jìn)行氣流混合 30min。
[0042]稱取原料A、B、C混合后的材料8000g，進(jìn)行壓塊處理，然后將塊狀料放入燒結(jié)爐中，在1300°C溫度下進(jìn)行炭化處理。
[0043]將炭化后的塊狀料進(jìn)行粉碎和后處理，所述后處理包括分級、除雜、篩分，要求中位粒徑控制在13-20Mm。
[0044]用LIR2430型扣式電池做試驗(yàn)，所得負(fù)極材料放電容量為361.8mAh/g,放電效率為93.8%，如表1所示。
[0045]實(shí)施例6:
稱取中間相炭微球原料A 20000g，在3100°C條件下進(jìn)行石墨化。
[0046]稱取石墨化后的原料A lOOOOg，進(jìn)行氣流粉碎，中位粒徑要求控制在≤8Mm。
[0047]稱取粉碎好的原料A 5000g與天然石墨原料B 9000g，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行攪拌混合30分鐘。
[0048]稱取原料A與B的混合物8000g，加入浙青原料C 640g,在常溫狀態(tài)下進(jìn)行氣流混合 30min。
[0049]稱取原料A、B、C混合后的材料8000g，進(jìn)行壓塊處理，然后將塊狀料放入燒結(jié)爐中，在1400°C溫度下進(jìn)行炭化處理。
[0050]將炭化后的塊狀料進(jìn)行粉碎和后處理，所述后處理包括分級、除雜、篩分，要求中位粒徑控制在13-20Mm。
[0051]用LIR2430型扣式電池做試驗(yàn)，所得負(fù)極材料放電容量為362.4mAh/g，放電效率為94.0%,如表1所示。
[0052]實(shí)施例7:
稱取中間相炭微球原料A 20000g，在3000°C條件下進(jìn)行石墨化。
[0053]稱取石墨化后的原料A lOOOOg，進(jìn)行氣流粉碎，中位粒徑要求控制在< 8Mm。
[0054]稱取粉碎好的原料A 5000g與天然石墨原料B lOOOOg，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行攪拌混合30分鐘。
[0055]稱取原料A與B的混合物8000g，加入浙青原料C 1200g,在常溫狀態(tài)下進(jìn)行氣流混合30min。
[0056]稱取原料A、B、C混合后的材料8000g，進(jìn)行壓塊處理，然后將塊狀料放入燒結(jié)爐中，在1400°C溫度下進(jìn)行炭化處理。
[0057]將炭化后的塊狀料進(jìn)行粉碎和后處理，所述后處理包括分級、除雜、篩分，要求中位粒徑控制在13-20Mm。
[0058]用LIR2430型扣式電池做試驗(yàn)，所得負(fù)極材料放電容量為362.3mAh/g，放電效率為94.1%,如表1所示。
[0059]實(shí)施例8:
稱取中間相炭微球原料A 20000g，在3000°C條件下進(jìn)行石墨化。
[0060]稱取石墨化后的原料A lOOOOg，進(jìn)行氣流粉碎，中位粒徑要求控制在< 8Mm。
[0061]稱取粉碎好的原料A 5000g與天然石墨原料B 9000g，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行攪拌混合30分鐘。
[0062]稱取原料A與B的混合物8000g，加入浙青原料C 800g,在常溫狀態(tài)下進(jìn)行氣流混合 30min。
[0063]稱取原料A、B、C混合后的材料8000g，進(jìn)行壓塊處理，然后將塊狀料放入燒結(jié)爐中，在1300°C溫度下進(jìn)行炭化處理。
[0064]將炭化后的塊狀料進(jìn)行粉碎和后處理，所述后處理包括分級、除雜、篩分，要求中位粒徑控制在13-20Mm。
[0065]用LIR2430型扣式電池做試驗(yàn)，所得負(fù)極材料放電容量為363.4mAh/g,放電效率為93.9%，如表1所示。
[0066]實(shí)施例9:
稱取中間相炭微球原料A 20000g，在3000°C條件下進(jìn)行石墨化。
[0067]稱取石墨化后的原料A lOOOOg，進(jìn)行氣流粉碎，中位粒徑要求控制在< 8Mm。
[0068]稱取粉碎好的原料A 5000g與天然石墨原料B 8000g，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行攪拌混合30分鐘。
[0069]稱取原料A與B的混合物8000g，加入浙青原料C 800g,在常溫狀態(tài)下進(jìn)行氣流混合 30min。
[0070]稱取原料A、B、C混合后的材料8000g，進(jìn)行壓塊處理，然后將塊狀料放入燒結(jié)爐中，在1400°C溫度下進(jìn)行炭化處理。
[0071]將炭化后的塊狀料進(jìn)行粉碎和后處理，所述后處理包括分級、除雜、篩分，要求中位粒徑控制在13-20Mm。
[0072]用LIR2430型扣式電池做試驗(yàn)，所得負(fù)極材料放電容量為361.9mAh/g，放電效率為94.2%,如表1所示。
[0073]附表1扣式電池測試數(shù)據(jù)匯總表
【權(quán)利要求】
1.一種中間相復(fù)合石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，具體生產(chǎn)工藝為: Ca)以中位粒徑為15-20Mm的中間相炭微球?yàn)樵螦 ； (b)以中位粒徑為4-8Mm的天然石墨為原料B; (c)以納米級浙青微粉為原料C,中位粒徑為<90nm ； (d)將原料A在280(T320(TC下進(jìn)行石墨化處理； Ce)將石墨化處理后的原料A用氣流粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，粉碎成粒徑< 8Mm的微粉； Cf)將(e)步驟得到的原料A微粉和(b)步驟的原料B按A/B=100/ (30~200)的比例在常溫狀態(tài)下進(jìn)行攪拌混合，然后按(A+B)/C=IOO/ (8^15)的比例加入原料C并利用氣流混合機(jī)進(jìn)行氣流混合； (g)將(f)步驟混合好的物料壓制成塊，放入燒結(jié)爐中在1200-1500?下進(jìn)行炭化處 理； (h)待物料冷卻至室溫后，進(jìn)行粉碎、分級、除雜、篩分，產(chǎn)品中位粒徑控制在13-20Mffl。
2.如權(quán)利要求1所述的一種中間相復(fù)合石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述原料A為石油浙青基或煤浙青基在經(jīng)熱分解和熱縮聚反應(yīng)后得到均相成核的中間相球體。
3.如權(quán)利要求1所述的一種中間相復(fù)合石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述原料C為石油浙青或煤浙青。
4.如權(quán)利要求1所述的一種中間相復(fù)合石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述攪拌混合采用雙螺桿或雙螺帶攪拌方式。
【文檔編號】H01M4/583GK103979527SQ201410228049
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】王麗瓊, 葉濤, 蔡奉翰, 伍上福 申請人:大連宏光鋰業(yè)股份有限公司