CN102951633A - 一种石墨球形化方法及其生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨球形化方法及其生产系统，该方法包括以下三个步骤：（1）超微细粉碎，利用超微细高能粉碎机将石墨粉碎至合适粒度；（2）整形处理，利用由一台或多台专业整形设备-微纳米颗粒整形包覆系统组成的批次或连续型整形系统，对粉碎后的石墨进行整形处理。（3）超微细多级分级，利用超微细多级分级系统对整形处理后的石墨进行高精度多级连续分级，可得到D50为3-35μm的窄粒级球形石墨。本发明的优点在于：产品球形化效果好、振实密度大、成品产率高，对于难以整形的人造石墨也有极佳的整形效果，并且制备周期短，加工设备紧凑，安全环保。
Description
技术领域
本发明涉及对天然石墨和人工石墨材料进行球形化处理的方法，尤其是对锂电池负极用人造石墨和鳞片石墨材料进行球形化处理的物理整形方法及相关生产系统。
背景技术
石墨材料以其良好的导电性、优良的充放电电压平台、较高的比容量、和广泛的来源，在锂离子电池负极材料中一直占据主导地位，成为负极材料的研究热点。锂电池用石墨材料主要分为天然石墨和人造石墨。天然石墨以鳞片石墨为主，人造石墨包括针状焦、石油焦、碳纳米管和中间相碳微球等。两种石墨因形成条件及加工工艺的影响，材料结构有所不同，导致材料性能也有较大差异。与人造石墨相比，天然石墨比容量大、工艺简单、价格相对较低，但稳定性差、倍率性能不佳、电解液适应性差。为了提高石墨的循环稳定性和振实密度，工业上把天然石墨做成球形或近球形，但因受其制备工艺的限制，导致产品产率低、能耗大、成本高，且制得球形石墨的球形度不高，产品的性能不理想。人造石墨（中间相碳微球除外）因硬度较大，球形化过程中容易发生体积粉碎，现有设备及工艺很难做成球形。
目前，国内的石墨球形化设备主要为涡流磨，没有专业的整形设备，整形机理多为冲击整形，如果冲击力过大就会将石墨颗粒打碎，导致产率降低，而对于硬度较大的人造石墨该设备整形效果不佳，只能起到粉碎作用。国外虽然有其它对石墨进行整形的设备，但是价格昂贵，对人工石墨的整形效果依然不佳。
发明内容
本发明的目的是为提高天然石墨和人工石墨球形化效果及产品得率，提供一种加工工艺并给出该工艺所需的生产系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种石墨球形化方法及其生产系统，该方法包括以下步骤：
（1）超微细粉碎
利用超微细高效粉碎系统将天然或人工石墨粉碎至D50为1-35μm的粒度分布；
（2）整形处理
① 批次整形处理：把经超细粉碎后的天然或人工石墨投入一台微纳米颗粒整形包覆系统，在主机转速100-9000rpm下，处理5-30分钟后，得到球形化的天然或人工石墨；或
② 连续整形处理：把经超细粉碎后的天然或人工石墨由给料机在50-200kg/h的给料量下投入由2-15台微纳米颗粒整形包覆系统串联组成的连续整形系统中，在主机转速100-9000rpm下进行整形，在连续整形系统的出料口得到整形后的天然或人工石墨；
（3）超微细多级分级
将经整形后的天然或人工石墨在超微细多级分级系统中进行高精度多级连续分级，得到D50为3-35μm中不同特定粒径系列的窄粒级球形石墨。
所述的天然石墨为天然鳞片结晶石墨。
所述的人工石墨包括针状焦、石油焦、碳纤维、碳纳米管和中间相碳微球。
所述的超微细高效粉碎机包括涡流磨、振动磨、球磨和气流磨。
所述的合适的粒度分布为D50为1-35μm。
所述的微纳米颗粒整形包覆系统是由浙鑫新能源有限公司开发的一种可以对微纳米颗粒进行整形和物理包覆的设备，该设备的整形原理包括冲击整形和摩擦整形两种，冲击和摩擦整形的强度可以通过调节主机转速和循环通道来控制。
所述的微纳米颗粒整形包覆系统主机的转速可在100-9000rpm内调节。
所述的超微细多级分级系统是由2-7台包括射流分级机、离心式分级机、涡流式分级机和转子式分级机在内的分级机通过串联或并联组成。
本发明给出的石墨球形化方法，可由连续型石墨球形化系统或批次型石墨球形化系统来实现，两种生产系统都是完全密闭的。两种生产系统都包括超微细高效粉碎系统、一台或多台微纳米颗粒整形包覆系统组成的批次型或连续型整形系统、高精度分级系统、产品分级收集系统。超微细高效粉碎系统的出口与微纳米颗粒整形包覆系统入口连通，微纳米颗粒整形包覆系统出口与高精度分级系统的入口相连通，产品分级收集系统中收集的大颗粒出口通过管道或螺旋输送与超微细高效粉碎系统的入口相连。
本发明的制备球形石墨的优点在于：产品球形化效果好、振实密度大、成品产率高，对于难以整形的人造石墨也有极佳的整形效果，并且制备周期短，加工设备紧凑，安全环保。
具体实施方式
实施例1：
本实例利用批次型石墨球形化系统对天然石墨进行球形化处理，并生产出D50分别为5、10、15、20μm的四种产品。
将50kg天然石墨（-100目）投入超微细高效粉碎系统，调节系统粉碎参数使出料的D50为23±2μm，粉碎后石墨进入第一个缓冲仓，通过第一个缓冲仓内的自动称量系统，将10kg粉碎后的石墨，投入微纳米颗粒整形包覆系统，在主机转速为4500rpm下处理5min后，进入第二个缓冲仓，然后由第二个缓冲仓内的螺旋出料系统进入超微细多级分级系统，经分级后最终得到D50为5μm的产品9kg、D50为10μm的产品12kg、D50为15μm的产品15kg、D50为20μm的产品14kg。
实施例2：
本实例利用连续型石墨球形化系统对人造石墨进行球形化处理，并生产出D50分别为10、15、20、25μm的四种产品。
将100kg人造石墨（-100目）投入超微细高效粉碎系统，调节系统粉碎参数使出料的D50为25±2μm，粉碎后石墨进入由9台微纳米颗粒整形包覆系统组成的石墨球形化系统，系统中微纳米颗粒整形包覆系统主机转速为5500rpm，经超微细多级分级系统分级后最终得到D50为10μm的产品15kg、D50为15μm的产品27kg、D50为20μm的产品36kg、D50为25μm的产品22kg。
Claims (7)
1.一种石墨球形化方法及其生产系统，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）超微细粉碎
利用超微细高效粉碎系统将天然或人工石墨粉碎至D50为1-35μm的粒度分布；
（2）整形处理
① 批次整形处理：把经超细粉碎后的天然或人工石墨投入一台微纳米颗粒整形包覆系统，在主机转速100-9000rpm下，处理5-30分钟后，得到球形化的天然或人工石墨；或
② 连续整形处理：把经超细粉碎后的天然或人工石墨由给料机在50-200kg/h的给料量下投入由2-15台微纳米颗粒整形包覆系统串联组成的连续整形系统中，在主机转速100-9000rpm下进行整形，在连续整形系统的出料口得到整形后的天然或人工石墨；
（3）超微细多级分级
将经整形后的天然或人工石墨在超微细多级分级系统中进行高精度多级连续分级，得到D50为3-35μm中不同特定粒径系列的窄粒级球形石墨。
2.根据权利要求1所述的一种石墨球形化方法及其生产系统，其特征在于，所述的天然石墨为天然鳞片结晶石墨。
3.根据权利要求1所述的一种石墨球形化方法及其生产系统，其特征在于，所述的人工石墨包括针状焦、石油焦、碳纤维、碳纳米管和中间相碳微球。
4.根据权利要求1所述的一种石墨球形化方法及其生产系统，其特征在于，所述的超微细高效粉碎系统包括涡流磨、振动磨、球磨和气流磨。
5.根据权利要求1所述的一种石墨球形化方法及其生产系统，其特征在于，所述的微纳米颗粒整形包覆系统是由浙鑫新能源有限公司开发的一种可以对微纳米颗粒进行整形和物理包覆的设备，该设备的整形原理包括冲击整形和摩擦整形两种，冲击和摩擦整形的强度可以通过调节主机转速和循环通道来控制。
6.根据权利要求1所述的一种石墨球形化方法及其生产系统，其特征在于，所述的微纳米颗粒整形包覆系统主机的转速可在100-9000rpm内调节。
7.根据权利要求1所述的一种石墨球形化方法及其生产系统，其特征在于所述的超微细多级分级系统是由2-7台包括射流分级机、离心式分级机、涡流式分级机和转子式分级机在内的分级机通过串联或并联组成。
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