一種人造石墨材料及其處理方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人造石墨材料及其處理方法和應用。該處理方法包括下述步驟：①將人造石墨材料干燥，之后打粉；②將步驟①得到的材料混料，之后過篩即可；其中，所述的干燥的時間為2-3小時；所述的打粉的處理時間為8-15分鐘；所述的打粉的轉速為25000-30000r/min；所述的混料的條件為以350-450r/m轉速混料90-150分鐘。該應用為人造石墨材料在制備電池負極材料中的應用。該處理方法降低比表面積，不影響材料原來的粒度分布，材料形貌規(guī)整度增加，不影響容量和效率的發(fā)揮，加工性能過篩性能提高，材料安全性好，性質穩(wěn)定，批次之間幾乎沒有差別。
【專利說明】一種人造石墨材料及其處理方法和應用
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種人造石墨材料及其處理方法和應用。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著電子裝置的微型化，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)有技術已經(jīng)針對提高電池性能進行了廣泛研究，然而隨著對電池性能要求的進一步提聞，還需要進一步降低電池的比表面積，從而提聞人造石墨整體的材料性能。
[0003]人造石墨材料具有很好的加工使用性能，但是存在表面積大的缺點。人造石墨材料在生產(chǎn)加工過程中，一般會有石墨化和后續(xù)產(chǎn)品加工分級的程序。石墨化的最高溫度和升溫過程會很大程度上影響到人造石墨比表面積的大?。欢庸し旨壍纳a(chǎn)程序會影響到材料的粒度分布，機器的加工磨損會影響到人造石墨顆粒形貌，進而會使材料整體的比表面積變大。
[0004]比表面積是指單位質量物料所具有的總面積；分外表面積、內表面積兩類，國標單位nf/g。人造石墨的比表面積變大，會使材料表面積上的活性點增多，影響到電池負極材料效率，使負極效率降低，從而影響到整體電池的性能。
[0005]為了解決上述問題，人造石墨要進行后續(xù)的表面改性處理，以降低材料的比表面積。現(xiàn)有技術中，一般降低比表面積的技術主要有包覆，磨合，分級除去物料中的小粒徑等技術。然而，包覆會影響到石墨的其他性能，如降低電性能等；磨合技術主要是將物料放入磨合機器中，通過轉速每分鐘500-1000之間不等，時間控制20-60分鐘,但是磨合不均勻會破壞原有物料的比表面積，反而增加了物料的表面積；分級機除去小粒徑的同時，很容易損害物料的表面形貌，影響物料的性能。該現(xiàn)狀亟待解決。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服了現(xiàn)有技術中降低比表面積技術存在:包覆會降低電性能，磨合不均勻會破壞原有物料的比表面積，或者分級機除去小粒徑的同時容易損害物料的表面形貌等的缺陷，而提供了一種比表面積明顯降低，不影響材料原來的粒度分布，材料形貌規(guī)整度增加，不影響容量和效率的發(fā)揮，加工性能過篩性能提高，材料安全性好，性質穩(wěn)定，批次之間幾乎沒有差別的人造石墨材料及其處理方法和應用。
[0007]本發(fā)明的技術方案之一是，提供一種人造石墨材料的處理方法包括下述步驟:①將人造石墨材料干燥，之后打粉；②將步驟①得到的材料混料，之后過篩即可；其中，所述的干燥的時間為2-3小時；所述的打粉的處理時間為8-15分鐘；所述的打粉的轉速為25000-30000r/min ;所述的混料的條件為以350_450r/m轉速混料90-150分鐘。
[0008]步驟①中，所述的人造石墨材料為本領域常規(guī)各種普通人造石墨原材料。所述的人造石墨材料的粒徑可為本領域人造石墨材料的常規(guī)粒徑，較佳的，粒徑為D50體積平均粒徑 15 μ m-22 μ m,更佳的為 18 μ m_20 μ m。[0009]步驟①中，所述的人造石墨材料的單次處理量較佳的為15-22公斤，更佳的為21公斤。
[0010]步驟①中，所述的干燥一般在干燥箱中操作。所述的干燥的時間較佳的為2.5小時。所述的干燥的溫度較佳的為100°c -150°c，更佳的為150°C。所述的干燥的終點較佳的為以水分質量百分比2%以下。
[0011 ] 步驟①中，所述的打粉為本領域常規(guī)的打粉操作，一般在機械粉碎打粉機中操作。所述的打粉的處理時間較佳的為10分鐘。所述的打粉的轉速較佳的為28000r/min。
[0012]步驟②中，所述的混料一般在高速改性混料機中操作。所述的混料的條件較佳的為以430r/m轉速混料120分鐘。所述的混料操作之前，較佳的混料的機器進行清理，檢測沒有其他雜質為佳。
[0013]步驟②中，所述的過篩較佳的為200-250目，更佳的為過250目篩，以除去雜質和
大顆粒。
[0014]本發(fā)明步驟②過篩之后，得到的人造石墨材料在實際使用之前，按常規(guī)步驟會送檢處理。
[0015]本發(fā)明的技術方案之二是，提供前述人造石墨材料的處理方法制得的人造石墨材料。
[0016]本發(fā)明的技術方案之三是，提供前述人造石墨材料在制備電池負極材料中的應用。所述的電池負極材料較佳的為鋰離子電池負極材料。
[0017]本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。
[0018]在符合本領域常識的基礎上，本發(fā)明中上述的各技術特征的優(yōu)選條件可以任意組合得到本發(fā)明較佳實例。
[0019]本發(fā)明的積極進步效果在于:
[0020]1、本發(fā)明的人造石墨材料具有以下優(yōu)點:1)比表面積明顯降低；2)整體粒度分布不會受影響，大小顆粒分布的更均勻；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；4)過篩性能提高，不影響材料的安全性能；5)性質穩(wěn)定，批次之間幾乎沒有差另1J。
[0021 ] 2、本發(fā)明的人造石墨材料預處理方法簡單可行，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為實施例2的人造石墨材料的原料的粒度分布圖。
[0023]圖2為實施例2的人造石墨材料的粒度分布圖。
[0024]圖3為實施例2的人造石墨材料處理前后的電鏡圖。
【具體實施方式】
[0025]下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。
[0026]下述實施例中使用的人造石墨為上海杉杉科技有限公司生產(chǎn)的人造石墨類產(chǎn)品。
[0027]實施例1[0028]人造石墨材料原料(記為原料A)，D50為18 μ m左右，原料共20公斤，樣品處理前檢測粒徑18.6 μ m，真密度2.24g/cm3，比表面積2.2m2/g。
[0029]①將人造石墨材料原料放入干燥箱中以100°C經(jīng)2.5小時干燥至水分質量百分比2%以下；干燥后的物料經(jīng)打粉機處理，以25000r/min處理10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈干燥細粉狀；
[0030]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為18.6 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料,時間為120分鐘,轉速380r/m ;之后過250目篩即可。
[0031]經(jīng)檢測粒徑18.5 μ m，真密度2.24g/cm3,比表面積2.0m2/go
[0032]實施例2
[0033]人造石墨材料原料(記為原料B)，D50為20 μ m左右，原料共20公斤，檢測粒徑20.1 μ m,真密度 2.25g/cm3,比表面積 2.3m2/g。
[0034]①將人造石墨材料原料放入干燥箱中以120°C經(jīng)3.0小時干燥至水分質量百分比2%以下；干燥后的物料經(jīng)打粉機處理，以26000r/min處理12分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈干燥細粉狀；
[0035]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為18.6 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為90分鐘,轉速433r/m ;之后過250目篩即可。
[0036]經(jīng)檢測，粒徑20.0 μ m，真密度2.25g/cm3,比表面積1.8m2/g。
[0037]實施例3
[0038]人造石墨材料原料(記為原料A)，D50為18 μ m左右，原料共20公斤，樣品處理前檢測粒徑18.6 μ m，真密度2.24g/cm3，比表面積2.2m2/g。
[0039]①將人造石墨材料原料放入干燥箱中以140°C經(jīng)3.0小時干燥至水分質量百分比2%以下；干燥后的物料經(jīng)打粉機處理，以28000r/min處理10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈干燥細粉狀；
[0040]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為18.6 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料,時間為120分鐘,轉速433r/m ;之后過250目篩即可。
[0041]經(jīng)檢測,粒徑18.6 μ m,真密度2.24g/cm3,比表面積1.8m2/g。
[0042]實施例4
[0043]人造石墨材料原料(記為原料B)，D50為20 μ m左右，原料共20公斤，檢測粒徑
20.1 μ m,真密度 2.25g/cm3,比表面積 2.3m2/g。
[0044]①將人造石墨材料原料放入干燥箱中以150°C經(jīng)2.5小時干燥至水分質量百分比2%以下；干燥后的物料經(jīng)打粉機處理，以30000r/min處理15分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈干燥細粉狀；
[0045]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為20.1 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為120分鐘，轉速433r/m ;之后過250目篩即可。
[0046]經(jīng)檢測，粒徑19.9 μ m，真密度2.25g/cm3,比表面積1.7m2/g。[0047]實施例5
[0048]人造石墨材料原料(記為原料B)，D50為20 μ m左右，原料共20公斤，檢測粒徑
20.1 μ m,真密度 2.25g/cm3,比表面積 2.3m2/g。
[0049]①將人造石墨材料原料放入干燥箱中以150°C經(jīng)3.0小時干燥至水分質量百分比2%以下；干燥后的物料經(jīng)打粉機處理，以28000r/min處理10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈干燥細粉狀；
[0050]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為20.1 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料,時間為150分鐘,轉速435r/m ;之后過250目篩即可。
[0051]經(jīng)檢測，檢測粒徑19.9 μ m，真密度2.25g/cm3,比表面積1.9m2/g。
[0052]實施例6
[0053]人造石墨材料原料，D50為15 μ m左右，原料共15公斤。
[0054]①將人造石墨材料原料放入干燥箱中以100°C經(jīng)2小時干燥至水分質量百分比2 %以下；干燥后的物料經(jīng)打粉機處理，以25000r/min處理8分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈干燥細粉狀；
[0055]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為150分鐘,轉速350r/min ;之后過200目篩即可。
[0056]實施例7
[0057]人造石墨材料原料，D50為20 μ m左右，原料共18公斤。
[0058]①將人造石墨材料原料放入干燥箱中以150°C經(jīng)2.5小時干燥至水分質量百分比2%以下；干燥后的物料經(jīng)打粉機處理，以26000r/min處理10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈干燥細粉狀；
[0059]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為90分鐘,轉速450r/min ;之后過250目篩即可。
[0060]實施例8
[0061]人造石墨材料原料，D50為18 μ m左右，原料共21公斤。
[0062]①將人造石墨材料原料放入干燥箱中以120°C經(jīng)3小時干燥至水分質量百分比2%以下；干燥后的物料經(jīng)打粉機處理，以28000r/min處理12分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈干燥細粉狀；
[0063]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為120分鐘,轉速430r/min ;之后過220目篩即可。
[0064]實施例9
[0065]人造石墨材料原料，D50為22 μ m左右，原料共225公斤。
[0066]①將人造石墨材料原料放入干燥箱中以130°C經(jīng)3小時干燥至水分質量百分比2%以下；干燥后的物料經(jīng)打粉機處理，以30000r/min處理15分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈干燥細粉狀；[0067]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為150分鐘,轉速400r/min ;之后過240目篩即可。
[0068]對比例I
[0069]人造石墨材料原料(記為原料A)，D50為18 μ m左右，原料共20公斤，樣品處理前檢測粒徑18.6 μ m，真密度2.24g/cm3，比表面積2.2m2/g。
[0070]①將人造石墨材料原料放入干燥箱中以150°C經(jīng)2.5小時干燥至水分質量百分比2%以下；干燥后的物料經(jīng)打粉機處理，以18000r/min處理10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈干燥細粉狀；
[0071]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為18.6 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料,時間為60分鐘,轉速380r/m ;之后過250目篩即可。
[0072]經(jīng)檢測粒徑18.5 μ m，真密度2.24g/cm3,比表面積2.2m2/g。
[0073]對比例2
[0074]人造石墨材料原料(記為原料B)，D50為20 μ m左右，原料共20公斤，檢測粒徑
20.1 μ m,真密度 2.25g/cm3,比表面積 2.3m2/g。
[0075]①將人造石墨材料原料放入干燥箱中以150°C經(jīng)3.0小時干燥至水分質量百分比2%以下；干燥后的物料經(jīng)打粉機處理，以20000r/min處理12分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈干燥細粉狀；
[0076]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為18.6 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為90分鐘,轉速300r/m ;之后過250目篩即可。
[0077]經(jīng)檢測，粒徑20.0 μ m，真密度2.25g/cm3，比表面積2.2m2/g。
[0078]效果實施例
[0079]對實施例1飛中的人造石墨材料分別進行粒徑、真密度、振實密度、比表面積及灰分等項指標測試；采用半電池測試方法對實施例1飛中的人造石墨材料進行放電容量以及首次充放電效率的測試，結果均列于表I。
[0080]測試所使用的儀器名稱及型號為:體積平均粒徑D50，激光粒度分布儀MS2000 ；真密度TD-1200，超級恒溫水槽SC-15 ;灰分，高溫電爐SX2-2.5-12 ；比表面積JW-004 (直接用儀器測定；測定方法國家標準:振實密度GB/T5162-2006/IS03953:1993 ;真密度GBT8330-2008 ;比表面積 GB/T19587-2004)。
[0081]半電池測試方法為:人造石墨負極材料、含有6?7%聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮及2%的導電炭黑按質量比91.6:6.6:1.8的比例混合均勻，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小時備用。模擬電池裝配在充氬氣的德國布勞恩手套箱中進行，電解液為lMLiPF6+EC:DEC:DMC (1:1:1體積比)，金屬鋰片為對電極，電化學性能測試在美國ArbinBT2000型電池測試儀上進行，充放電電壓范圍為0.005至1.0V,充放電速率為0.1C。
[0082]表I各實施例的人造石墨材料的性能參數(shù)
[0083]
【權利要求】
1.一種人造石墨材料的處理方法，其特征在于，其包括下述步驟:①將人造石墨材料干燥，之后打粉；②將步驟①得到的材料混料，之后過篩即可；其中，所述的干燥的時間為2-3小時；所述的打粉的處理時間為8-15分鐘；所述的打粉的轉速為25000-30000r/min ；所述的混料的條件為以350-450r/m轉速混料90-150分鐘。
2.如權利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟①中，所述的人造石墨材料的粒徑為D50體積平均粒徑15 μ m-22 μ m,較佳的為18 μ m-20 μ m。
3.如權利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟①中，所述的人造石墨材料的單次處理量為15-22公斤，較佳的為21公斤。
4.如權利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟①中，所述的干燥的時間為2.5小時；所述的干燥的溫度為100°C -150°C,較佳的為150°C ;所述的干燥的終點為以水分質量百分比2%以下。
5.如權利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟①中，所述的打粉的處理時間為10分鐘；所述的打粉的轉速為28000r/min。
6.如權利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟②中，所述的混料的條件為以430r/m轉速混料120分鐘。
7.如權利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟②中，所述的混料操作之前，混料的機器進行清理。
8.如權利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟②中，所述的過篩為200-250目，較佳的為過250目篩。
9.一種如權利要求f 8任一項所述的人造石墨材料的處理方法制得的人造石墨材料。
10.如權利要求9所述的人造石墨材料在制備電池負極材料中的應用；所述的電池負極材料較佳的為鋰離子電池負極材料。
【文檔編號】H01M4/583GK103730659SQ201210393713
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權日:2012年10月16日
【發(fā)明者】杜旭, 喬永民, 丁曉陽, 杜輝玉, 胡東山, 李虹, 婁文君 申請人:上海杉杉科技有限公司