專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用內(nèi)熱串接石墨化爐制備鋰電池負(fù)極材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰電池負(fù)極材料的制備方法，尤其涉及的是一種利用內(nèi)熱串接石墨化爐制備鋰電池負(fù)極材料的方法。
背景技術(shù)：
市場(chǎng)石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)技術(shù)主要有如下三種(I)球化天然石墨材料制備通過(guò)粉碎、整形、除雜、浙青包覆、低溫炭化、高溫石墨化和篩分等技術(shù)制備的天然石墨負(fù)極材料，具有比表面積小不可逆容量低，比容量高、工藝加工性能好等優(yōu)勢(shì)。但是安全性能較差，隨著人們對(duì)鋰離子電池安全性能越來(lái)越重視，目前這類(lèi)材料的需求平穩(wěn)，預(yù)計(jì)增長(zhǎng)幅度不大。國(guó)內(nèi)BTR公司是球化天然石墨材料的主要供應(yīng)商。(2)石墨化中間相炭微球制備通過(guò)浙青加熱生成中間相炭微球、分離、洗滌、石墨化和篩分等技術(shù)制備的人造石墨負(fù)極材料，是國(guó)內(nèi)最先產(chǎn)業(yè)化的負(fù)極材料。具有安全性能和倍率放電性能好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)主要用于動(dòng)力鋰離子電池。但由于洗滌溶劑消耗量大和石墨化成本最高，容量低，不符合鋰離子電池成本降低的大趨勢(shì)，目前在日本已經(jīng)停產(chǎn)，市場(chǎng)的總體需求呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)杉杉公司是石墨化中間相炭微球的主要供應(yīng)商。(3)人造石墨制備人造石墨負(fù)極屬于經(jīng)過(guò)人工加熱石墨化獲得的負(fù)極材料，生產(chǎn)過(guò)程主要有如下三種一是以半焦或焦炭 為原料，經(jīng)過(guò)粉碎分級(jí)、石墨化和篩分制備的負(fù)極材料，具有比表面積小不可逆容量低，由于石墨化程度不如天然石墨，破碎狀人造石墨的可逆容量居中，成本居中，安全性能好等特點(diǎn)。隨著對(duì)安全性能的日益重視，主要用于中高檔手機(jī)鋰離子電池和動(dòng)力鋰離子電池的生產(chǎn)，需求呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，是目前業(yè)內(nèi)最看好的負(fù)極材料。二是將塊狀半焦或焦炭經(jīng)過(guò)石墨化和粉碎篩分技術(shù)制備負(fù)極材料。由于與先粉碎篩分后石墨化的負(fù)極材料相比比表面積大，因此不可逆容量大，綜合性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在破碎狀人造石墨中居中，特點(diǎn)不足，需求不大。三是以電爐煉鋼的石墨電極加工過(guò)程中產(chǎn)生的石墨碎為原料，經(jīng)粉碎分級(jí)制備負(fù)極材料，由于原料為副產(chǎn)物，因此該類(lèi)材料成本最低，但存在比表面積大不可逆容量高，容量不高，原材料質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種利用內(nèi)熱串接石墨化爐制備鋰電池負(fù)極材料的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種利用內(nèi)熱串接石墨化爐制備鋰電池負(fù)極材料的方法，采用石墨化坩堝，所述石墨化坩堝由坩堝筒體(I)及坩堝蓋(4)組成，坩堝筒體(I)與坩堝蓋(4)之間通過(guò)對(duì)接螺紋(2)進(jìn)行連接，坩堝蓋上設(shè)有I個(gè)排氣孔(3)，用于排除在石墨化過(guò)程中產(chǎn)生的氣體；先擰開(kāi)坩堝蓋(4)，將負(fù)極材料半成品填滿(mǎn)坩堝并壓實(shí)后將坩堝蓋(4)擰緊，之后將坩堝水平放置在內(nèi)熱串接石墨化爐中，坩堝與坩堝之間通過(guò)柔性石墨環(huán)連接，整爐坩堝裝好爐后，在坩堝上埋覆保溫料，之后進(jìn)行送電升溫操作，升溫曲線(xiàn)如下室溫 3200°C，升溫速率5 8°C /min，升溫結(jié)束后自然冷卻降溫，降溫完成之后，石墨化操作結(jié)束。按照上述工藝流程生產(chǎn)鋰離子電池石墨負(fù)極材料，具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)石墨化溫度高，現(xiàn)有技術(shù)一般在2500 2800°C，使用內(nèi)熱串接石墨化爐，可達(dá)到3200°C，高的石墨化溫度有利于減少負(fù)極材料的比表面積、提高材料的真密度以及提高首次充放電效率(放電效率由92%提高到94% )。(2)產(chǎn)量大，單爐產(chǎn)量能達(dá)到6 7噸。(3)石墨化升溫，由于負(fù)極材料由微粉組成，因此石墨化時(shí)不需要考慮氣脹問(wèn)題，且石墨坩堝設(shè)有氣孔，產(chǎn)生的氣體可快速排除，因此可以發(fā)揮內(nèi)熱串接石墨化爐的特點(diǎn)，采用較快的升溫速度，縮短生產(chǎn)周期(原生產(chǎn)周期約15天，現(xiàn)在縮短為7天)，同時(shí)能夠降低產(chǎn)品在石墨化階段的能耗，每噸電耗約為10 12kwh/kg,比現(xiàn)有技術(shù)降低30 40%。


圖1所示為本發(fā)明方法的流程圖；圖2為本發(fā)明所采用的石墨化坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖；1一坩堝筒體，2—對(duì)接螺紋，3 —排氣孔，4 —樹(shù)禍蓋。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參考圖1，鋰電池石墨負(fù)極材料制備的一般流程為使用天然石墨或人造石墨為原料，經(jīng)過(guò)破碎及整形處理，將石墨原料加工成D50為5 25 μ m的球形顆粒，并利用強(qiáng)酸(如HCl、HF、HNO3等)進(jìn)行除雜處理，降低石墨中S1、Fe等磁性物質(zhì)的含量，除雜之后為了降低石墨粉的比表面積，需要對(duì)石墨顆粒進(jìn)行表面修飾，即人為的在石墨顆粒表面包覆一層炭質(zhì)物質(zhì)，但因在包覆過(guò)程中石墨粉易結(jié)塊，因此需要進(jìn)行篩分，將塊狀物料去除后進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，即炭化處理和石墨化處理，石墨化處理之后即得到鋰離子電池負(fù)極材料。本發(fā)明主要利用內(nèi)熱串接石墨化爐化技術(shù)對(duì)負(fù)極材料進(jìn)行石墨化，通過(guò)制備一種石墨化坩堝(圖2所示)，石墨化坩堝由坩堝筒體I及坩堝蓋4組成，坩堝筒體I與坩堝蓋4之間通過(guò)對(duì)接螺紋2進(jìn)行連接，坩堝蓋上設(shè)有I個(gè)排氣孔3，用于排除在石墨化過(guò)程中產(chǎn)生的氣體。使用時(shí)，先擰開(kāi)坩堝蓋4，將負(fù)極材料半成品填滿(mǎn)坩堝并壓實(shí)后將坩堝蓋4擰緊，之后將坩堝水平放置在內(nèi)熱串接石墨化爐中，坩堝與坩堝之間通過(guò)柔性石墨環(huán)連接，使接觸緊密，降低接觸電阻，整爐坩堝裝好爐后，在坩堝上埋覆保溫料，之后進(jìn)行送電升溫操作，升溫曲線(xiàn)如下室溫 3200°C，升溫速率5 8°C /min，升溫結(jié)束后自然冷卻降溫，降溫完成之后，石墨化操作結(jié)束。按照上述工藝流程生產(chǎn)鋰離子電池石墨負(fù)極材料，具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)石墨化溫度高，現(xiàn)有技術(shù)一般在2500 2800°C，使用內(nèi)熱串接石墨化爐，可達(dá)到3200°C，高的石墨化溫度有利于減少負(fù)極材料的比表面積、提高材料的真密度以及提高首次充放電效率(放電效率由92%提高到94% )。
(2)產(chǎn)量大，單爐產(chǎn)量能達(dá)到6 7噸。(3)石墨化升溫，由于負(fù)極材料由微粉組成，因此石墨化時(shí)不需要考慮氣脹問(wèn)題，且石墨坩堝設(shè)有氣孔，產(chǎn)生的氣體可快速排除，因此可以發(fā)揮內(nèi)熱串接石墨化爐的特點(diǎn)，采用較快的升溫速度，縮短生產(chǎn)周期(原生產(chǎn)周期約15天，現(xiàn)在縮短為7天)，同時(shí)能夠降低產(chǎn)品在石墨化階段的能耗，每噸電耗約為10 12kwh/kg,比現(xiàn)有技術(shù)降低30 40%。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng) 屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種利用內(nèi)熱串接石墨化爐制備鋰電池負(fù)極材料的方法，其特征在于，采用石墨化坩堝，所述石墨化坩堝由坩堝筒體(I)及坩堝蓋(4)組成，坩堝筒體(I)與坩堝蓋(4)之間通過(guò)對(duì)接螺紋(2)進(jìn)行連接，坩堝蓋上設(shè)有I個(gè)排氣孔(3)，用于排除在石墨化過(guò)程中產(chǎn)生的氣體；先擰開(kāi)坩堝蓋(4)，將負(fù)極材料半成品填滿(mǎn)坩堝并壓實(shí)后將坩堝蓋(4)擰緊，之后將坩堝水平放置在內(nèi)熱串接石墨化爐中，坩堝與坩堝之間通過(guò)柔性石墨環(huán)連接，整爐坩堝裝好爐后，在坩堝上埋覆保溫料，之后進(jìn)行送電升溫操作，升溫曲線(xiàn)如下室溫 3200°C，升溫速率5 8°C /min,升溫結(jié)束后自然冷卻降溫。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用內(nèi)熱串接石墨化爐制備鋰電池負(fù)極材料的方法，采用石墨化坩堝，將負(fù)極材料半成品填滿(mǎn)坩堝并壓實(shí)后將坩堝蓋(4)擰緊，之后將坩堝水平放置在內(nèi)熱串接石墨化爐中，坩堝與坩堝之間通過(guò)柔性石墨環(huán)連接，整爐坩堝裝好爐后，在坩堝上埋覆保溫料，之后進(jìn)行送電升溫操作，升溫曲線(xiàn)如下室溫～3200℃，升溫速率5～8℃/min，升溫結(jié)束后自然冷卻降溫，降溫完成之后，石墨化操作結(jié)束。石墨化溫度高，高的石墨化溫度有利于減少負(fù)極材料的比表面積、提高材料的真密度以及提高首次充放電效率。原生產(chǎn)周期約15天，現(xiàn)在縮短為7天，同時(shí)能夠降低產(chǎn)品在石墨化階段的能耗。
文檔編號(hào)H01M4/583GK103066291SQ20121059592
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者路培中, 于嗣東, 賈慶遠(yuǎn), 陳敬全, 楊旭, 馮俊杰, 趙東鋒, 婁衛(wèi)江, 吳振華, 劉運(yùn)平, 呂紅兵, 程小可 申請(qǐng)人:中國(guó)平煤神馬集團(tuán)開(kāi)封炭素有限公司