一種人造石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種人造石墨材料的預(yù)處理方法，其特征在于，其包括下述步驟：（1）將D50為16-22μm的人造石墨材料干燥至其中的水分占物料總質(zhì)量的百分比≤2%，得干燥的人造石墨材料；（2）將步驟（1）所得的干燥的人造石墨材料在高速改性融合機(jī)中以1700-2200r/min的轉(zhuǎn)速混料3-30min，之后過(guò)篩即可。本發(fā)明還提供由所述人造石墨材料的預(yù)處理方法制備而得的人造石墨材料及其在制備電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。本發(fā)明的人造石墨材料的振實(shí)密度明顯提高；整體粒度分布不會(huì)受影響，大小顆粒分布地更均勻；形貌規(guī)整度增加，修飾地更完整均勻，不影響容量和效率的發(fā)揮；性質(zhì)穩(wěn)定，批次之間幾乎沒(méi)有差別。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種人造石墨材料的預(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)明涉及一種人造石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，電子裝置的普及化對(duì)二次電池的性能提出了更高的要求。尤其是鋰離子電池的異軍突起，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和更好的使用性能。目前針對(duì)提高電池性能的研究已經(jīng)有很多，然而隨著對(duì)電池性能要求的進(jìn)一步提聞，還需要提聞電池的壓實(shí)密度，從而更大幅度地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，但是存在壓實(shí)密度較低的缺陷。人造石墨材料在生產(chǎn)加工的過(guò)程中，一般會(huì)有后續(xù)的加工分級(jí)的程序，而加工分級(jí)的生產(chǎn)程序通常會(huì)影響到材料的粒度分布，同時(shí)由于加工過(guò)程中機(jī)器的磨損，還會(huì)影響到人造石墨的顆粒形貌，進(jìn)而會(huì)使材料整體的壓實(shí)密度降低。
[0004]在鋰離子電池設(shè)計(jì)過(guò)程中，壓實(shí)密度=面密度/(極片碾壓后的厚度-集流體厚度)，單位:g/cm3 ;鋰離子動(dòng)力電池在制作過(guò)程中，壓實(shí)密度對(duì)電池性能有較大的影響。一般來(lái)說(shuō)，壓實(shí)密度越大，電池的容量就能做地越高，所以壓實(shí)密度是電池材料能量密度的重要參考指標(biāo)之一。壓實(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，壓實(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，壓實(shí)密度越大，電池的容量就越高。
[0005]目前提高人造石墨壓實(shí)密度的方法主要是提高物料的石墨化度，石墨化度的提高能夠使材質(zhì)更軟，更好壓，從而提聞人造石墨的壓實(shí)密度。但是，單純提聞材料的石墨化度只能使材質(zhì)更軟，并不會(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，因此壓實(shí)密度的提高程度比較有限，該問(wèn)題亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有的人造石墨物料的顆粒表面修正不完善且沒(méi)有過(guò)篩等后續(xù)處理導(dǎo)致壓實(shí)密度不高的缺陷，而提供一種提高人造石墨材料的粉末壓實(shí)密度，但不影響材料原來(lái)的粒度分布以及容量和效率的發(fā)揮，同時(shí)使材料的形貌規(guī)整度增加，安全性好，性質(zhì)穩(wěn)定，批次之間幾乎沒(méi)有差別的人造石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明提供的技術(shù)方案之一是:一種人造石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:
[0008](I)將D50為16_22μπι的人造石墨材料干燥至其中的水分占物料總質(zhì)量的百分比(2%，得干燥的人造石墨材料；
[0009](2)將步驟(1)所得的干燥的人造石墨材料在高速改性融合機(jī)中以1700_2200r/min的轉(zhuǎn)速混料3_30min,之后過(guò)篩即可。
[0010]本發(fā)明中，步驟(1)所述的人造石墨材料為本領(lǐng)域常規(guī)的各種普通人造石墨原材料；較佳地，所述的人造石墨材料的D50值為18-21 μ m。所述的D50為體積平均粒徑，指一個(gè)樣品的累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，其物理意義是粒徑大于它的顆粒占50%，小于它的顆粒也占50%。
[0011]本發(fā)明中，步驟(1)所述的人造石墨材料的單次處理量較佳地為1.5-3kg，更佳地為2-2.5kg，最佳地為2kg。
[0012]本發(fā)明中，步驟(1)所述的干燥為本領(lǐng)域常規(guī)的干燥操作，一般在干燥箱中進(jìn)行；所述的干燥的時(shí)間較佳地為1-3小時(shí)，更佳地為1.5-3小時(shí)；所述的干燥的溫度較佳地為100-150°C，更佳地為 120-150°C，最佳地為 150°C。
[0013]本發(fā)明中，步驟(2 )所述的混料較佳地為以1800-2000r/min的轉(zhuǎn)速混料10-20min。在所述的混料之前，較佳地還包括對(duì)混料的機(jī)器進(jìn)行清理、檢測(cè)，以沒(méi)有其他雜質(zhì)為佳。
[0014]本發(fā)明中，步驟(2)所述過(guò)篩的目數(shù)較佳地為200-250目，更佳地為250目，以除
去雜質(zhì)和大顆粒。
[0015]本發(fā)明中，在步驟(2)所述的過(guò)篩之后，所得的人造石墨材料在實(shí)際使用之前，較佳地還會(huì)按常規(guī)步驟送檢處理。
[0016]本發(fā)明提供的技術(shù)方案之二是:如前所述的人造石墨材料的預(yù)處理方法制得的人造石墨材料。
[0017]本發(fā)明提供的技術(shù)方案之三是:如前所述的人造石墨材料的預(yù)處理方法制得的人造石墨材料在制備電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。
[0018]本發(fā)明中，所述的電池負(fù)極材料較佳地為鋰離子電池負(fù)極材料。
[0019]在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。
[0020]本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。
[0021]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明的人造石墨材料的壓實(shí)密度明顯提高；材料的顆粒形貌更加規(guī)整，整體粒度分布趨勢(shì)不會(huì)受到較大的影響，粒度分布更趨于正態(tài)分布；材料的理化指標(biāo)沒(méi)有的大的改變，不影響容量和效率的發(fā)揮；物料性質(zhì)穩(wěn)定，批次之間幾乎沒(méi)有差別；生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單可行，操作方便，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為實(shí)施例2樣品處理前的粒度分布圖。
[0023]圖2為實(shí)施例2樣品處理后的粒度分布圖。
[0024]圖3為實(shí)施例2樣品處理前后的電鏡圖，其中，(a )為實(shí)施例2樣品處理前的電鏡分布圖，(b)為實(shí)施例2樣品處理后電鏡分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過(guò)實(shí)施例的方式進(jìn)一步說(shuō)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(shuō)明書(shū)選擇。
[0026]實(shí)施例1[0027]人造石墨材料(記為原料A),商品標(biāo)注的D50為16 μ m左右,原料共2kg,樣品在處理前檢測(cè)的體積平均粒徑D50為16.4 μ m,真密度2.24g/cm3,壓實(shí)密度1.49g/cm3。
[0028](I)將人造石墨材料放入干燥箱中經(jīng)150°C干燥處理1.5小時(shí)，至其中的水分占物料總質(zhì)量的百分比≤2%;
[0029](2)檢查融合機(jī)的設(shè)備運(yùn)行是否正常，清理融合機(jī)，確保無(wú)雜質(zhì)；將2kg D50為16.4 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合機(jī)中混料,時(shí)間為3分鐘,轉(zhuǎn)速為1700r/m ;之后將物料過(guò)篩處理即可，過(guò)篩目數(shù)為250目。
[0030]經(jīng)檢測(cè)，處理后的人造石墨材料的粒徑為16.0um，真密度2.24g/cm3，壓實(shí)密度
1.56g/cm3。
[0031]實(shí)施例2
[0032]人造石墨材料(記為原料B),商品標(biāo)注的D50為18 μ m左右,原料共2kg,樣品在處理前檢測(cè)的體積平均粒徑D50為18.2 μ m，真密度2.25g/cm3，壓實(shí)密度1.47g/cm3。
[0033](I)將人造石墨材料放入干燥箱中經(jīng)150°C干燥處理1.5小時(shí)，至其中的水分占物料總質(zhì)量的百分比≤2%;
[0034](2)檢查融合機(jī)的設(shè)備運(yùn)行是否正常，清理融合機(jī)，確保無(wú)雜質(zhì)；將2.5kg D50為18.2 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合機(jī)中混料,時(shí)間為5分鐘,轉(zhuǎn)速1700r/m ;之后將物料進(jìn)行過(guò)篩處理即可，過(guò)篩目數(shù)250目。
[0035]經(jīng)檢測(cè)，處理后的人造石墨材料的粒徑17.5 μ m，真密度2.25g/cm3，壓實(shí)密度
1.6lg/cm3。
[0036]實(shí)施例3
[0037]人造石墨材料(記為原料A)，商品標(biāo)注的D50為16 μ m左右，原料共2.5kg，樣品在處理前檢測(cè)的體積平均粒徑D50為16.4 μ m,真密度2.24g/cm3,壓實(shí)密度1.49g/cm3。
[0038](I)將人造石墨材料放入干燥箱中經(jīng)150°C干燥處理2.0小時(shí)，至其中的水分占物料總質(zhì)量的百分比≤2%;
[0039](2)檢查融合機(jī)的設(shè)備運(yùn)行是否正常，清理融合機(jī)，確保無(wú)雜質(zhì)；將2kg D50為16.4 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合機(jī)中混料,時(shí)間為10分鐘,轉(zhuǎn)速為1800r/m ;之后將物料過(guò)篩處理即可，過(guò)篩目數(shù)250目。
[0040]經(jīng)檢測(cè)，處理后的人造石墨材料的粒徑15.4μ m，真密度2.24g/cm3，壓實(shí)密度
1.68g/cm3。
[0041]實(shí)施例4
[0042]人造石墨材料(記為原料B),商品標(biāo)注的D50為18 μ m左右,原料共2kg,樣品在處理前檢測(cè)的體積平均粒徑D50為18.2 μ m，真密度2.25g/cm3，壓實(shí)密度1.47g/cm3。
[0043](I)將人造石墨材料放入干燥箱中經(jīng)120°C干燥處理1.5小時(shí)，至其中的水分占物料總質(zhì)量的百分比< 2%，使材料整體呈干燥細(xì)粉狀；
[0044](2)檢查混料機(jī)的設(shè)備運(yùn)行是否正常，清理混料機(jī)，確保無(wú)雜質(zhì)；將2kg D50為18.2 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合機(jī)中混料,時(shí)間為10分鐘,轉(zhuǎn)速1900r/m ;之后將物料過(guò)篩處理即可，過(guò)篩目數(shù)250目。
[0045]經(jīng)檢測(cè)，處理后的人造石墨材料的粒徑16.6 μ m,真密度2.25g/cm3,壓實(shí)密度
1.74g/cm3。[0046]實(shí)施例5
[0047]人造石墨材料(記為原料B),商品標(biāo)注的D50為18 μ m左右，原料共3kg,樣品在處理前檢測(cè)的體積平均粒徑D50為18.2 μ m，真密度2.25g/cm3，壓實(shí)密度1.47g/cm3。
[0048](I)將人造石墨材料放入干燥箱中經(jīng)150°C干燥處理1.5小時(shí)，至其中的水分占物料總質(zhì)量的百分比< 2%，使材料整體呈干燥細(xì)粉狀；
[0049](2)檢查融合機(jī)的設(shè)備運(yùn)行是否正常，清理融合機(jī)，確保無(wú)雜質(zhì)；將2kg D50為18.2 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合機(jī)中混料,時(shí)間為20分鐘,轉(zhuǎn)速2000r/m ;之后將物料過(guò)篩處理即可，過(guò)篩目數(shù)200目。
[0050]經(jīng)檢測(cè)，處理后的人造石墨材料的粒徑為15.2 μ m，真密度2.25g/cm3，壓實(shí)密度1.80g/cm3。
[0051]實(shí)施例6
[0052]人造石墨材料(記為原料A)，商品標(biāo)注的D50為16 μ m左右，原料共1.5kg，樣品在處理前檢測(cè)的體積平均粒徑D50為16.0 μ m，真密度2.24g/cm3，壓實(shí)密度1.47g/cm3。
[0053](I)將人造石墨材料放入干燥箱中經(jīng)100°C干燥處理3小時(shí)，至其中的水分占物料總質(zhì)量的百分比≤2% ；
[0054](2)檢查融合機(jī)的設(shè)備運(yùn)行是否正常，清理融合機(jī)，確保無(wú)雜質(zhì)；將2kg D50為16.0 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合機(jī)中混料,時(shí)間為15分鐘,轉(zhuǎn)速為1900r/m ;之后將物料過(guò)篩處理即可，過(guò)篩目數(shù)為250目。
[0055]經(jīng)檢測(cè)，處 理后的人造石墨材料的粒徑為16.Ομπι，真密度2.24g/cm3，壓實(shí)密度1.67g/cm3。
[0056]實(shí)施例7
[0057]人造石墨材料(記為原料B)，商品標(biāo)注的D50為21 μ m左右，原料共2kg，樣品在處理前檢測(cè)的體積平均粒徑D50為22.0 μ m，真密度2.25g/cm3，壓實(shí)密度1.45g/cm3。
[0058](I)將人造石墨材料放入干燥箱中經(jīng)150°C干燥處理1.0小時(shí)，至其中的水分占物料總質(zhì)量的百分比< 2%，使材料整體呈干燥細(xì)粉狀；
[0059](2)檢查融合機(jī)的設(shè)備運(yùn)行是否正常，清理融合機(jī)，確保無(wú)雜質(zhì)；將2kg D50為22.0 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合機(jī)中混料,時(shí)間為30分鐘,轉(zhuǎn)速2200r/m ;之后將物料過(guò)篩處理即可，過(guò)篩目數(shù)250目。
[0060]經(jīng)檢測(cè)，處理后的人造石墨材料的粒徑為21.811111，真密度2.258/(^3，壓實(shí)密度1.8lg/cm3。
[0061]對(duì)比例I
[0062]人造石墨材料(記為原料A )，商品標(biāo)注的D50為16 μ m左右，原料共2kg，樣品在處理前檢測(cè)的體積平均粒徑D50為16.4 μ m,真密度2.24g/cm3,壓實(shí)密度1.49g/cm3。
[0063](I)將人造石墨材料放入干燥箱中經(jīng)150°C干燥處理1.5小時(shí)；
[0064](2)檢查融合機(jī)的設(shè)備運(yùn)行是否正常，清理融合機(jī)，確保無(wú)雜質(zhì)；將2kg D50為16.4 μ m人造石墨材料放入高速改性融合機(jī)中混料,時(shí)間為3分鐘,轉(zhuǎn)速1500r/m ;之后將物料過(guò)篩處理即可，過(guò)篩目數(shù)250目。
[0065]經(jīng)檢測(cè)，處理后的人造石墨材料的粒徑為16.3 μ m，真密度2.24g/cm3，壓實(shí)密度1.49g/cm3。[0066]對(duì)比例2
[0067]人造石墨材料(記為原料B),商品標(biāo)注的D50為18 μ m左右，原料共2kg,樣品在處理前檢測(cè)的體積平均粒徑D50為18.2 μ m，真密度2.25g/cm3，壓實(shí)密度1.47g/cm3。
[0068](I)將人造石墨材料放入干燥箱中經(jīng)150°C干燥處理1.5小時(shí)；
[0069](2)檢查融合機(jī)的設(shè)備運(yùn)行是否正常，清理混料機(jī)，確保無(wú)雜質(zhì)；將2.5kg D50為
18.2 μ m人造石墨材料放入高速改性融合機(jī)中混料,時(shí)間為I分鐘,轉(zhuǎn)速1700r/m ;之后將物料過(guò)篩處理即可，過(guò)篩目數(shù)250目。
[0070]經(jīng)檢測(cè)，處理后的人造石墨材料的粒徑18.14 111，真密度2.258/0113，壓實(shí)密度
1.47g/cm3。
[0071]對(duì)比例3
[0072]人造石墨材料(記為原料A)，商品標(biāo)注的D50為16 μ m左右，原料共2kg，樣品在處理前檢測(cè)的體積平均粒徑D50為16.4 μ m,真密度2.24g/cm3,壓實(shí)密度1.49g/cm3。
[0073](I)將人造石墨材料放入干燥箱中經(jīng)150°C干燥處理2.0小時(shí)；
[0074](2)檢查融合機(jī)的設(shè)備運(yùn)行是否正常，清理融合機(jī)，確保無(wú)雜質(zhì)；將2kg D50為
16.4 μ m人造石墨材料放入 高速改性融合機(jī)中混料,時(shí)間為I分鐘,轉(zhuǎn)速1500r/m ;之后將物料過(guò)篩處理即可，過(guò)篩目數(shù)250目。
[0075]經(jīng)檢測(cè)，處理后的人造石墨材料的粒徑16.2 μ m，真密度2.24g/cm3，壓實(shí)密度
1.49g/cm3。
[0076]效果實(shí)施例
[0077]將實(shí)施例1飛和對(duì)比例f 3中的人造石墨負(fù)極材料分別進(jìn)行粒徑、真密度、壓實(shí)密度及灰分等項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試；采用半電池測(cè)試方法對(duì)實(shí)施例1飛中的人造石墨材料進(jìn)行放電容量以及首次充放電效率的測(cè)試，結(jié)果均列于表1。同時(shí)還進(jìn)行過(guò)篩性能檢測(cè)，結(jié)果均列于表2。
[0078]測(cè)試所使用的儀器名稱(chēng)及型號(hào)如下:
[0079]激光粒度分布儀:MS2000，丹東百特儀器有限公司產(chǎn)品；
[0080]真密度:TD_1200，貝士德儀器科技有限公司產(chǎn)品；
[0081]超級(jí)恒溫水槽:SC_15，上海雙舜實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司產(chǎn)品；
[0082]灰分:高溫電爐SX2-2.5-12，上海光機(jī)所產(chǎn)品；
[0083]壓實(shí)密度=TRCD-1，麥克默瑞提克(上海)儀器有限公司產(chǎn)品。
[0084]測(cè)定方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):壓實(shí)密度GB1482-84 ;真密度GBT8330-2008 ；比表面積GB/T19587-2004。
[0085]半電池測(cè)試方法為:人造石墨材料、含有6>/ο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(guó)布勞恩手套箱中進(jìn)行，電解液為IM LiPF6和體積比為1:1:1的EC: DEC: DMC，金屬鋰片為對(duì)電極，電化學(xué)性能測(cè)試在美國(guó)ArbinBT2000型電池測(cè)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。
[0086]過(guò)篩性能檢測(cè)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(guò)篩情況如何。如果無(wú)法過(guò)篩，則換目數(shù)更小的篩網(wǎng)(如果100目仍然無(wú)法過(guò)篩，則不再過(guò)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。
[0087]表1各實(shí)施例的人造石墨材料的性能參數(shù)
[0088]
【權(quán)利要求】
1.一種人造石墨材料的預(yù)處理方法，其特征在于，其包括下述步驟: (1)將D50為16-22μπι的人造石墨材料干燥至其中的水分占物料總質(zhì)量的百分比(2%，得干燥的人造石墨材料； (2)將步驟(1)所得的干燥的人造石墨材料在高速改性融合機(jī)中以1700-2200r/min的轉(zhuǎn)速混料3-30min，之后過(guò)篩即可。
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)所述的人造石墨材料的D50值為 18-21 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟(1)所述的人造石墨材料的單次處理量為1.5-3kg。
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)所述的人造石墨材料的單次處理量為2-2.5kg。
5.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟(1)所述的干燥的時(shí)間為1-3小時(shí)；所述的干燥的溫度為100-150°C。
6.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟(1)所述的干燥的時(shí)間為1.5-3小時(shí)；所述的干燥的溫度為120-150°C。
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)所述的混料為以1800-2000r/min 的轉(zhuǎn)速混料 10_20min。
8.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟(2)所述過(guò)篩的目數(shù)為200-250目。
9.如權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述的人造石墨材料的預(yù)處理方法制得的人造石墨材料。
10.如權(quán)利要求9所述的人造石墨材料在制備電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01M4/583GK103879997SQ201210563268
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】李 杰, 杜旭, 李念民, 喬永民, 劉萍, 苗榮榮, 朱從連 申請(qǐng)人:上海杉杉科技有限公司