用生石油焦和水溶性粘結(jié)劑制造的坩堝及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及坩堝制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用生石油焦和水溶性粘結(jié)劑制造的 坩堝及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池因其具有能量高、電池電壓高、工作度范圍寬、貯存壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已 廣泛應(yīng)用于軍事和民用小型電器中。負(fù)極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵材料之一，而碳質(zhì)材料 常用的鋰離子電池負(fù)極的材料，目前常用的碳負(fù)極材料主要有天然石墨和人造石墨，天然 石墨含有很多礦物雜質(zhì)，且生產(chǎn)的效率不高，嚴(yán)重的制約了天然石墨的精細(xì)化開(kāi)發(fā)應(yīng)用。
[0003] 人造石墨是將易石墨化碳經(jīng)2800度以上超高溫石墨化處理制得，作為鋰離子電池 負(fù)極材料的人造石墨類(lèi)材料主要有中間相碳徽球石墨、石墨纖維，及其他各種石墨化碳等。 其中人們最為熟悉的是高度石墨化的中間相碳微球，簡(jiǎn)稱(chēng)MCMB，商品化的高度石墨化MCMB 具有優(yōu)良的循環(huán)性，是目前長(zhǎng)壽命小型鋰離子電池及動(dòng)力電池所使用的主要負(fù)極材料之 一。中間相瀝青碳微球作為鋰離子電池負(fù)極材料使用時(shí)，需要將未石墨化的碳負(fù)極粉盛裝 在用石墨材料制造的碳坩堝中，然后將坩堝裝入石墨化爐進(jìn)行2800°C以上石墨化處理，這 種由石墨材料制造的坩堝價(jià)格非常昂貴，大大增加了負(fù)極材料的生產(chǎn)成本。
[0004] 目前使用的生產(chǎn)碳負(fù)極材料用坩堝，是用石油焦經(jīng)過(guò)煅燒、破碎、加瀝青粘結(jié)劑混 合、擠壓或模壓成型、焙燒、石墨化等工序制造成毛坯料，再通過(guò)機(jī)械加工制造成碳坩堝成 品這種坩堝的缺陷主要有：一、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，用石油焦經(jīng)過(guò)煅燒、破碎、加瀝青粘結(jié)劑混 合、擠壓或模壓成型、焙燒、石墨化和機(jī)械加工等工序，每一道工序都有特定的工藝要求，生 產(chǎn)工藝非常復(fù)雜；生產(chǎn)周期長(zhǎng)。從原料投入到成品出廠(chǎng)，生產(chǎn)周期長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月左右；二、產(chǎn)品 成品率低，在生產(chǎn)過(guò)程中因坯料開(kāi)裂容易出現(xiàn)廢品，在機(jī)械加工時(shí)又要從坯料中掏出空間 作為盛裝碳負(fù)極材料的容器，使好的坯料變成了無(wú)用切削粉末，坯料的有效利用率只有 43%左右;三、產(chǎn)品品種單一，為了機(jī)械加工制造的方便，只能生產(chǎn)圓柱形的坯料來(lái)加工圓 柱形的坩堝，如果要加工其他形狀的坩堝，坯料的損耗更大，產(chǎn)品的成品率更低；四、消耗能 源，在生產(chǎn)過(guò)程中需要高溫進(jìn)行混合、焙燒和石墨化，造成大量的能源消耗;五、環(huán)境污染， 在生產(chǎn)過(guò)程中粉塵和煙塵無(wú)法有效控制，工作環(huán)境惡劣，且瀝青在焙燒和石墨化過(guò)程中釋 放出有毒氣體;六、生產(chǎn)成本高，由于需要焙燒或石墨化處理生產(chǎn)坩堝，需要消耗大量能量， 加上廢品率較高，生產(chǎn)一噸負(fù)極粉需要坩堝成本約為4000-5000元。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種石油焦制作坩堝 的方法。
[0006] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種用生石油焦和水溶性粘結(jié)劑制造坩堝的方法， 包括以下步驟：
[0007] 步驟一、將生石油焦破碎至小于4mm;
[0008] 步驟二、將水溶性有機(jī)溶劑與稀釋劑按照3-10:10-25的質(zhì)量比混合制成粘結(jié)劑溶 液；
[0009] 步驟三、將粘結(jié)劑溶液與破碎完畢的生石油焦按一定比例混合，攪拌60-150分鐘 得到糊料，所述糊料中水溶性有機(jī)溶劑、稀釋劑和生石油焦的質(zhì)量比為3-10 :10-25 :90-105；
[0010]步驟四、將上述糊料分別放入坩堝模具中，采用機(jī)械振動(dòng)或者壓力成形方法成型 得到坩堝濕胚；
[0011]步驟五、將成型的坩堝濕胚取出靜置1-3天干燥后脫模，得到坩堝粗胚；
[0012] 步驟六、在坩堝粗胚中加入碳負(fù)極材料后進(jìn)行石墨化處理，即得到合格的坩堝。
[0013] 上述技術(shù)方案中，所述步驟二中的水溶性有機(jī)溶劑為α-淀粉或可溶性殼聚糖。
[0014] 上述技術(shù)方案中，所述步驟二中的稀釋劑為自來(lái)水、純凈水或去離子水。
[0015] 上述技術(shù)方案中，所述步驟三中機(jī)械振動(dòng)成型是將裝有糊料的坩堝模具放入振動(dòng) 成型機(jī)中，在振動(dòng)頻率2950-3200次/分鐘下振動(dòng)15-25分鐘，振幅1.1-1.3mm，機(jī)械振動(dòng)成型 后i甘堝濕胚的密度為1.5-1.6g/cm3〇
[0016] 上述技術(shù)方案中，所述步驟三中壓力成形是將裝有糊料的坩堝模具放入壓力成型 機(jī)中，在1 -5KPa壓力下，壓制5-20分鐘。
[0017] 上述技術(shù)方案中，所述步驟五中坩堝粗胚的抗壓強(qiáng)度大于0.5MPa。
[0018] 上述技術(shù)方案中，所述步驟六中的石墨化處理是將坩堝粗胚中加入碳負(fù)極材料后 放入石墨化爐，在坩堝粗胚周?chē)胖秒娮枇希訜嶂翣t溫達(dá)到2800-2950°C。
[0019] 本發(fā)明還公開(kāi)了采用上述方法制造的圓形或方形坩堝，特別是一種內(nèi)部中間設(shè)置 有隔柵的方形坩堝。
[0020] 本發(fā)明利用生石油焦含有一定的焦油和易揮發(fā)組份，將生石油焦破碎成適當(dāng)?shù)念w 粒，加入適量的非瀝青質(zhì)水溶性粘結(jié)劑和稀釋劑，與生石油焦的顆粒在常溫下進(jìn)行混合形 成糊料，將這種糊料裝入坩堝模具，通過(guò)模壓或者振動(dòng)成形制成坩堝，這種坩堝在常溫下通 過(guò)粘結(jié)劑的粘合力固定成形，在裝入石墨化爐以后，生石油焦含有的焦油在適當(dāng)?shù)臏囟葏^(qū) 域排出揮發(fā)份，剩下的焦油碳化把碳顆粒粘結(jié)一起，在升溫過(guò)程中坩堝周?chē)碾娮枇虾哇?堝內(nèi)的碳負(fù)極材料保持了坩堝的形狀不發(fā)生變化，直到達(dá)到石墨化高溫，不僅坩堝內(nèi)的碳 負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)了石墨化，坩堝本身也實(shí)現(xiàn)了石墨化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0021] -、節(jié)能能源，在生過(guò)程中，省去了原料煅燒、半成品焙燒和石墨化的工序，節(jié)省了 大量的能源。
[0022]二、、環(huán)保生態(tài)，采用非瀝青質(zhì)水溶性粘結(jié)劑，不僅減少了廢氣和塵土，同時(shí)粘結(jié)性 能好，不影響坩堝的石墨化過(guò)程。
[0023]三、提高了生產(chǎn)效率，本發(fā)明省去了原料煅燒、半成品焙燒和石墨化的工序，生產(chǎn) 工藝簡(jiǎn)單，沒(méi)有中途生產(chǎn)的廢品和機(jī)械加工的廢料，成品率大大提高。
[0024]四、節(jié)省了人力物力，流程減少?gòu)亩鴾p少了坩堝生產(chǎn)的人工需要，相比現(xiàn)有技術(shù)節(jié) 約人工成本70%以上。
[0025]五、節(jié)省了土地使用面積和建筑投資，本發(fā)明不需要對(duì)原料進(jìn)行煅燒和焙燒，占地 面積只需要400平方米左右，與現(xiàn)有的坩堝生產(chǎn)相比，節(jié)約土地兩倍以上；同時(shí)建設(shè)投資在 數(shù)百萬(wàn)以?xún)?nèi)就可以建成一套年產(chǎn)5萬(wàn)只碳坩堝的生產(chǎn)系統(tǒng)，相比用石墨化坯料通過(guò)機(jī)械加 工制造的碳坩堝，整個(gè)系統(tǒng)投資需要數(shù)千萬(wàn)元元乃至過(guò)億元，節(jié)約資金數(shù)十倍。
[0026] 六、維護(hù)成本低，維修方便，整個(gè)系統(tǒng)只需要通用的破碎機(jī)、振動(dòng)成形機(jī)或壓力成 型機(jī)，維修和保養(yǎng)方便。
[0027] 七、可以實(shí)現(xiàn)多品種生產(chǎn)，運(yùn)用本發(fā)明既可以生產(chǎn)圓形的坩堝，也可以生產(chǎn)方形的 坩堝，特別是生產(chǎn)中間帶隔柵的方形坩堝，這種帶隔柵的方形坩堝到石墨化加熱的后期坩 堝本體也成了發(fā)熱電阻時(shí)，隔柵和被格柵分隔的左右坩堝本體形成三個(gè)電阻并聯(lián)同時(shí)發(fā) 熱，使坩堝中的碳負(fù)極材料受熱更加均勻，生產(chǎn)出的碳負(fù)極粉的質(zhì)量會(huì)更好。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明方法生產(chǎn)的圓形坩堝的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明方法中方形帶格柵坩堝的外觀示意圖；
[0031] 圖4為圖3中A-A處的剖面