CN103904302A - 一种锂离子电池碳负极材料研磨整形工艺流程及其生产系统 - Google Patents

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CN103904302A CN201410045952.5A CN201410045952A CN103904302A CN 103904302 A CN103904302 A CN 103904302A CN 201410045952 A CN201410045952 A CN 201410045952A CN 103904302 A CN103904302 A CN 103904302A
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Abstract

本发明提供一种锂离子电池碳负极材料的研磨整形工艺方法，包括以下步骤：步骤一：将石墨送入一台内分级超微细研磨粉碎机内，在内分级涡轮的转动下，合格粒径的颗粒随气流自动流出，粗粒落到粉碎区继续粉碎直至合格；步骤二：将步骤一得到的合格粒径石墨粉随气流流入离心分级机，粒度小于35μm规格粉料经气流分级机物料排出口排到旋风集料器收集，粗粒粉料从返料口排出。本发明采用一台带内分级装置的超微细研磨粉碎机来代替多台气流粉碎机实现超细粉碎，合格细粉得到及时分级提取，避免了过粉碎，提高了产品收率，产品收率在90%以上。

Description

一种锂离子电池碳负极材料研磨整形工艺流程及其生产系统
技术领域
本发明涉及一种球形石墨粉制备方法领域，具体地说涉及锂离子电池负极材料用的整形石墨的加工方法和设备。
背景技术
锂离子电池因其工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，成为上世纪九十年代以来继镍氢电池之后的新一代二次电池。在锂离子电池技术开发过程中，电池品质不断得到提高，生产成本不断下降。在对锂离子电池技术进步的贡献中负极材料起了很大作用。目前商品化锂离子电池的负极材料仍然是石墨类材料占主导地位，其中天然石墨因其高的充放电容量、良好的充放电平台、来源广泛、成本低而得到广泛应用。但天然石墨首次不可逆容量损失大和循环过程中容量衰减快是其致命缺点。为了改善天然石墨的电化学性能，需要对天然石墨材料表面进行改性处理，各种改性石墨首先要将天然鳞片石墨进行粉碎并分级加工成球形颗粒，提高振实密度。中国专利申请CN101976735A把天然石墨经过多次低速、高速粉碎和打磨制成球形颗粒；中国专利申请CN1558458A把天然石墨经过多次高速、低速粉碎和打磨制成球形颗粒；中国专利申请CN101905883A采用把多台气流粉碎机连接起来制备球形石墨；中国专利申请CN101367518A将天然鳞片石墨在机械粉碎机内对石墨进行初级粉碎，再连接到多台串联整形分级机进行循环研磨整形及分级制备出球形石墨；中国专利申请CN101850965A将天然鳞片石墨经过5台串联气流粉碎机组和14台串联球化机组处理后，制备出球形石墨。
上述发明有一个共性，即，天然鳞片石墨都要经过10～30多次的粉碎和上万次的碰撞及切削摩擦，这样会造成粉末内部存在大量的纳米级和亚纳米石墨的细微粒子，粉末粒径分布范围宽，使其比表面积增加。物料在多台整形机之间的流动速度不均匀，会造成石墨颗粒成型度也不均匀，就会产生大长径比的片状颗粒或棒状不规则的颗粒，从而导致首次不可逆容量和内阻增加。另外粉碎整形时间和次数增加，使产品收率下降，耗电量增加，使生产成本大幅提高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的球形石墨粉制备工艺复杂且产品质量不均匀、成品收率低、耗电量大、生产成本高的缺陷，提出了采用一种带内分级装置的超微细研磨粉碎机来代替多台气流粉碎机实现初级粉碎，采用多台石墨整形机组成的并联型整形系统，简化了球形石墨的加工次数，工艺简单，分级控制精度高，粉末粒度分布窄，制得的天然球形石墨粉质量稳定。设备紧凑，占地面积小，是国内同等产量下最短的生产线。能耗低且产品生产率高，不会对环境造成污染。
本发明通过如下技术方案实现：
一种锂离子电池碳负极材料研磨整形工艺方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：将石墨送入一台内分级超微细研磨粉碎机内，在内分级涡轮的转动下，合格粒径的颗粒随气流自动流出，粗粒落到粉碎区继续粉碎直至合格；
步骤二：将步骤一得到的合格粒径石墨粉随气流自动流入离心分级机，粒度小于35μm规格粉料经气流分级机物料排出口排到旋风集料器收集，粗粒粉料从返料口排出；任选地，
步骤三：将步骤二收集的石墨粉送入过渡料仓，通过过渡料仓的螺旋喂料系统将物料送入石墨整形机进行整形，优选送入多台石墨整形机进行整形，得到球形化的石墨。
根据本发明，所述石墨选自天然鳞片石墨或人造石墨。
根据本发明，所述石墨原料的粒径为32目～325目，含碳量90%以上。
根据本发明，在步骤一中，所述石墨通过密闭料仓送入内分级超微细研磨粉碎机内。优选所述石墨经压力为0.3～0.6MPa的高压密封管道送入密闭料仓。
根据本发明，所述密闭料仓上的加料系统采用螺杆加料方式，由变频控制电机转速，从而实现定量喂料。
根据本发明，所述超微细研磨粉碎机是内分级式球磨机、内分级式超细磨机、内分级式超微冲击磨，优选山东潍坊精华粉体设备有限公司生产的CXM400型超细磨。所述粉碎机可市售获得。
根据本发明，所述超微细研磨粉碎机的转速为500－3500rpm/min，所述超微细研磨粉碎机中内分级涡轮转速为200－600rpm/min，研磨时间为20～40分钟。
根据本发明，调节超微细研磨粉碎机粉碎参数，可以生产出不同粒度要求的产品，粒度调整范围优选为5-45μm，优选为5-35μm，更优选10-25μm。
根据本发明，在步骤二中，由脉冲袋式除尘器分离尾料和粉尘，尾料利用高压离心风机的负压装置采用脉冲反冲排除，经废气送料密封管道集中送入尾料循环利用生产车间，循环使用。经过过滤后清洁空气通过引风机排出。
根据本发明，所述离心分级机为卧式离心分级机，优选为高精度卧式离心分级机，其具有锐利的切割效果、良好的切割精度和大粒控制性能，分级精度高，清除物料中过细或过粗的颗粒，分级效率可达95%，优选AF400卧式型分级机。所述离心分级机可市售获得。
根据本发明，所述步骤三中，由高压离心风机送料密封管道将步骤二收集的石墨粉送入过渡料仓。
根据本发明，步骤三中，通过过渡料仓的螺旋喂料系统将物料依次送入多台并联的石墨整形机进行整形，更优选地，送入多台并联的微细粒子复合化石墨整形机进行整形。所述整形机依次进入各整形机内的物料经处理后，规格粉料经整形机物料排出口收集，得到球形化的石墨。
根据本发明，所述复合化整形机是自身带有循环整形的整形机，在整形机中，石墨物料经过一次整形，若有不符合要求的物料颗粒，则在该整形机进入整形机的微细粒子经过一次整形即可获得规整的石墨颗粒。优选地，所述石墨整形机由上海捷罡机械有限公司生产的JCUM-800BC石墨整形机。
根据本发明，所述整形机包括料仓和气量调节阀，所述料仓带有螺旋喂料系统。该石墨整形机是一个闭环整形系统，三通换向阀对系统进行整形和放料状态的切换。石墨原料经定量加料机被均匀的加入整形主机，经过整形后排出整形主机进入外置分级机。在分级机中，整形产生的微细颗粒通过分级机的离心分级原理排出，进入脉冲除尘器通过卸料阀排出；成品颗粒通过分级机的底部卸料阀经换向阀再次进入整形主机，依次不断循环，物料被不断修磨整形，直至符合要求为止。石墨整形结束后，三通换向阀切换至放料状态，成品通过换向阀排出。引风机为整个系统提供合适的负压，确保物料的正常流动，同时也使得整个系统没有粉尘外溢。在整形过程中产生的较大破损的小颗粒，流向旋风分离器和脉冲袋式除尘器制得副产品。粉尘经过脉冲袋式除尘器分离排除。
根据本发明，所述步骤三中，所述整形机的主机转速为300－500rpm/min，所述整形机处理时间为5～30分钟。
根据本发明，所述步骤三中，在整形过程中产生的较大破损的小颗粒，流向旋风分离器和脉冲袋式除尘器制得副产品。粉尘经过脉冲袋式除尘器分离排除。
根据本发明，所述步骤三中，打开多台并联整形机中第一台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第一台石墨整形机的料仓，一段时间（例如3～5分钟）后关闭气量调节阀，对第一台整形机内的物料进行整形；同时打开并联整形机中第二台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第二台石墨整形机的料仓，一段时间（例如3～5分钟）后关闭气量调节阀，对第二台整形机内的物料进行整形，同时打开并联整形机中第三台整形机的气量调节阀，后面各台整形依次循环上述步骤，循环结束后获得整形后的石墨。
优选地，所述整形机至少两台以上，优选三台以上，还优选四台以上，更优选五台以上，其数量根据粉碎机的处理量进行配合使用。
更优选地，所述整形机系统重复循环步骤。当最后一台整形机重复完后上述步骤后，再打开并联整形机中第一台整形机的气量调节阀，重新开始新的循环。依次进入各整形机内的物料在主机转速300－500rpm/min下，处理一段时间，例如10～60分钟，优选20～30分钟后，规格粉料经整形机物料排出口收集，得到球形化的石墨。
还更优选地，整形过程中产生的较大破损的小颗粒，流向旋风分离器和脉冲袋式除尘器制得副产品。粉尘经过脉冲袋式除尘器分离排除，过滤后清洁空气通过引风机排出。
根据本发明，本发明的旋风集料器、脉冲袋式除尘器和引风机采用现有技术的旋风集料器、脉冲袋式除尘器和引风机。
本发明中，采用多台并联的微细粒子复合化整形系统，其目的在于对于粉碎机出来的众多物料通过并联整形系统同时进行整形处理，大大缩短整形时间，加快处理时间。
根据本发明，所述方法具体包括如下步骤：
步骤一：将粒径为32目～325目、含碳量90%以上的天然鳞片石墨或人造石墨，经压力为0.3～0.6MPa的高压密封管道送入密闭料仓，通过密闭料仓上的自动定量喂料系统将物料送入一台内分级超微细研磨粉碎机内，超微细研磨粉碎机转速为500－3500rpm/min,超微细研磨粉碎机中内分级涡轮转速为200－600rpm/min，研磨时间为20～40分钟。在内分级涡轮的转动下，合格粒径的颗粒随气流自动流出，粗粒落到粉碎区继续粉碎直至合格，调节超微细研磨粉碎机粉碎参数，生产出不同粒度要求的产品，粒度调整范围5-45μm。
步骤二：将步骤一超微细研磨粉碎后得到的合格粒径石墨粉随气流自动流入高精度卧式离心分级机，粒度小于35μm规格粉料经气流分级机物料排出口排到旋风集料器收集，粗粒粉料从返料口排出。由脉冲袋式除尘器分离尾料和粉尘，尾料利用高压离心风机的负压装置采用脉冲反冲排除，经废气送料密封管道集中送入尾料循环利用生产车间，循环使用。优选，经过过滤后清洁空气通过引风机排出。
步骤三：由高压离心风机送料管道将步骤二收集的石墨粉送入过渡料仓，通过过渡料仓的螺旋喂料系统将物料依次送入多台并联的石墨整形机进行整形。打开多台并联整形机中第一台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第一台微细粒子复合化整形机的料仓，3～5分钟后关闭气量调节阀，通过第一台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第一台整形机内整形，同时打开并联整形机中第二台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第二台石墨整形机的料仓，3～5分钟后关闭气量调节阀，通过第二台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第二台整形机内整形，同时打开并联整形机中第三台整形机的气量调节阀，后面各台整形依次循环上述步骤。当最后一台整形机重复完后上述步骤后，然后打开并联整形机中第一台整形机的气量调节阀，重新开始新的循环。依次进入各整形机内的物料在主机转速300－500rpm/min下，处理5～30分钟后，规格粉料经整形机物料排出口收集，得到球形化的天然或人造石墨。整形过程中产生的较大破损的小颗粒，流向旋风分离器和脉冲袋式除尘器制得副产品。粉尘经过脉冲袋式除尘器分离排除，过滤后清洁空气通过引风机排出。
由本发明方法制备得到的用于锂离子电池负极材料的整形石墨，其颗粒形状为球形、近似球形、卵圆形、土豆形，其颗粒粒度分布在10～35μm,振实密度为1.0～1.3g.cm-3，比表面积3.0～8.0m2.g-1，长短径比在1～2.5之间。
本发明还提供一种锂离子电池碳负极材料研磨整形工艺成套系统，其特征在于，所述系统包括：带分级的超微细研磨粉碎机、卧式离心分级机、旋风集料器、过渡料仓、多台并联的石墨整形机系统，其中，所述超微细研磨粉碎机与离心分级机相连，离心分级机与旋风集料器相连，所述旋风集料器与过渡料仓相连、所述过渡料仓分别与多台并联的石墨整形机相连。
本发明中，采用西门子STMATIC 57-400H型控制系统控制，使操作人员可以在操作终端上直接对生产设备进行集中操作、诊断，提高了生产设备的自动化程度，进而提高生产效率。
根据本发明，所述高压离心风机送料密封管道将石墨粉送入过渡料仓。所述含尘气体进入电脉冲除尘器过滤后通过引风机排除。
根据本发明，所述转速为500－3500rpm/min，所述超微细研磨粉碎机中内分级涡轮转速为200－600rpm/min，研磨时间为20～40分钟。
根据本发明，所述离心分级机为卧式离心分级机，优选为高精度卧式离心分级机，其具有锐利的切割效果、良好的切割精度和大粒控制性能，分级精度高，清除物料中过细或过粗的颗粒，分级效率可达95%，优选AF400卧式型分级机。
本发明中，所述成套系统全程通过PLC程序控制。
根据本发明，所述成套系统通过电柜集中控制。所述系统为自动化系统，工艺流程为全自动微电脑监控。
本发明中所使用的超微细研磨粉碎机带内分级涡轮超细磨，集粉碎、研磨和分级于一体，粉碎过程中不但有碰撞过程而且具有强烈的挤压与研磨过程，合格的细粉得到及时提取，避免了过粉碎。由于内分级涡轮转速由变频器控制，可实现无级调速，从而保证分级性能的可靠性及操作灵活性，不用停机即可根据要求生产出不同粒度要求的产品，物料粒度分布窄。
本发明人发现，当使用了超微细研磨粉碎机对石墨进行研磨粉碎时，经过一个粉碎机即可获得粒径满足需要的石墨，而随后再根据需要采用整形机进行整形，即可获得形态规整的石墨。
本发明所采用的石墨整形机是一种可以对超微细石墨颗粒进行整形的设备，采用较低速度的磨机，可以使石墨微粉得到整形，且不会使石墨粒径有较大减少，仅使边角得以圆整形成球形，成品得率较高。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。
目前国内外广泛采用的球型化石墨装置为气流磨或冲击磨，产品收集后，再进行分级，反复多遍才能产出合格的产品，系统复杂，劳动强度大，废品率高。本发明中优选所用的石墨整形机，可对石墨进行一次整形就能产出合格产品，而不必多次加工，球化收率高，其球形石墨粉的球形度、粒度分布、振实密度、松装密度、真密度、比外表积等目标均可操控在事前设定值的范围内，质量稳定。
采用本发明制备的锂离子电池负极材料球形石墨与传统的多台串联连续粉碎整形工艺所制备的锂离子电池负极材料石墨相比，粒度均匀，表面光洁，长径比降低，球形度提高幅度增加，其颗粒形状为球形、近似球形、卵圆形、土豆形。
本发明与现有技术相比较，具有以下优点;
1）采用一台带内分级装置的超微细研磨粉碎机来代替多台气流粉碎机实现超细粉碎，带内分级装置的超微细研磨粉碎机集粉碎分级于一体，合格细粉得到及时分级提取，避免了过粉碎，避免粉末内部存在大量的纳米级和亚纳米石墨的细微粒子，粉碎效率高（是球磨机的2倍、冲击磨的3倍），提高了产品收率，产品收率在90%以上。
2）与现有的生产锂离子电池负极材料球形石墨行业内普遍采用多级气流粉碎的联机方式相比，本发明工艺设备结构紧凑，配套设备少，占地面积小，一次性投资小，是国内同等产量下最短的生产线，工艺设备节能40%以上，能耗下降40%以上，产品收率提高15～20%以上。
3）制备本发明的整形石墨装置采用全封闭式结构，能够同时完成整形石墨粉体材料的粉碎、分级和整形，超微细研磨粉碎、离心式气流分级机、整形机和旋风收集器各台设备首尾相连，中间设管道运输，整套装置全密封，含尘气体进入电脉冲除尘器过滤后通过引风机排除，整条生产线在负压状态下运行，无粉尘外泄，工作环境优良，达到无污染排放。整套设备电气控制在一台电柜集中控制，自动化高。工艺流程为全自动微电脑监控，操作简单，只需输入每批次成品质量指标和产量，通过微电脑中央处理器处理后自动调节给料速度和粉碎转速及时间，气流分级机控制产品球形度及粒度，经检验合格后输出产品，达到设计的质量标准。
附图说明
图1为比较例1的6台串联气流粉碎机和6台串联气流整形生产的天然球形石墨的形态。
图2为实施例1的一台超细研磨粉碎机和三台并联整形机处理的天然球形石墨的形态。
图3为本发明的锂离子电池碳负极材料研磨整形工艺成套系统。
其中，各附图标记的含义如下：
1密闭料仓 2.动定量喂料系统 3.超微细研磨粉碎机 4.离心式气流分级机 5.旋风集料器收集 6脉冲袋式除尘器 7.尾料循环利用生产车间8.引风机 9.过渡料仓 10.气量调节阀 11.整形机 12.物料
具体实施方式
通过如下实施例和比较例对本发明进行详细说明。但本领域技术人员了解，下述实施例不是对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进和变化，都在本发明的保护范围之内。
实施例1
将粒径为32目、含碳量90%以上的天然鳞片石墨，经压力为0.6MPa的高压密封管道送入超微细研磨粉碎机的密闭料仓，通过自动定量喂料系统将密闭料仓内的石墨送入一台超微细研磨粉碎机（CXM400型超细磨）内研磨粉碎，超微细研磨粉碎机主机转速为1500rpm/min，内分机涡轮转速为300rpm/min，研磨时间为30分钟。在内分级涡轮的转动下，合格粒径的颗粒随气流自动流出，粗粒落到粉碎区继续粉碎直至合格，调节超微细研磨粉碎机粉碎参数，生产出D50为18μm的石墨粉。
将D50为18μm的石墨粉随气流自动流入离心式气流分级机，粒度小于45μm规格粉料经气流分级机物料排出口排到旋风集料器收集，粗粒粉料从返料口排出。由脉冲袋式除尘器分离尾料和粉尘，尾料利用高压离心风机的负压装置采用脉冲反冲排除，经废气送料密封管道集中送入尾料循环利用生产车间，循环使用。经过过滤后清洁空气通过引风机排出。
由高压离心风机送料管道将旋风集料器收集的石墨粉送入过渡料仓，通过过渡料仓的螺旋喂料系统将物料依次送入3台并联的JCUM-800BC石墨整形机进行整形。打开并联整形机中第一台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第一台微细粒子复合化整形机的料仓，3分钟后关闭气量调节阀，通过第一台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第一台整形机内整形，同时打开并联整形机中第二台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第二台石墨整形机的料仓，5分钟后关闭气量调节阀，通过第二台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第二台整形机内整形，同时打开并联整形机中第三台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第三台微细粒子复合化整形机的料仓，5分钟后关闭气量调节阀，通过第三台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第三台整形机内整形，然后打开并联整形机中第一台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第一台微细粒子复合化整形机的料仓，重新开始循环。依次进入各整形机内的物料在主机转速400rpm/min下，处理20分钟后，得到球形化的天然或人造石墨，整形过程中产生的较大破损的小颗粒，流向旋风分离器和脉冲袋式除尘器制得副产品。粉尘经过脉冲袋式除尘器分离排除，过滤后清洁空气通过引风机排出。
处理后获得的球形化石墨形态如图2所示。
实施例2
将粒径为32目、含碳量90%以上的天然鳞片石墨，经压力为0.6MPa的高压密封管道送入超微细研磨粉碎机的密闭料仓，通过自动定量喂料系统将密闭料仓内的石墨送入一台超微细研磨粉碎机（CXM400型超细磨）内研磨粉碎，超微细研磨粉碎机主机转速为1500rpm/min,内分机涡轮转速为300rpm/min,研磨时间为30分钟。在内分级涡轮的转动下，合格粒径的颗粒随气流自动流出，粗粒落到粉碎区继续粉碎直至合格，调节超微细研磨粉碎机粉碎参数，生产出D50为23μm的石墨粉。
将D50为23μm的石墨粉随气流自动流入离心式气流分级机，粒度小于45μm规格粉料经气流分级机物料排出口排到旋风集料器收集，粗粒粉料从返料口排出。由脉冲袋式除尘器分离尾料和粉尘，尾料利用高压离心风机的负压装置采用脉冲反冲排除，经废气送料密封管道集中送入尾料循环利用生产车间，循环使用。经过过滤后清洁空气通过引风机排出。
由高压离心风机送料管道将旋风集料器收集的石墨粉送入过渡料仓，通过过渡料仓的螺旋喂料系统将物料依次送入多台并联的JCUM-800BC石墨整形机进行整形。打开2台并联整形机中第一台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第一台微细粒子复合化整形机的料仓，3分钟后关闭气量调节阀，通过第一台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第一台整形机内整形，同时打开并联整形机中第二台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第二台石墨整形机的料仓，5分钟后关闭气量调节阀，通过第二台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第二台整形机内整形，同时打开并联整形机中第一台整形机的气量调节阀，重新开始新的循环。依次进入各整形机内的物料在主机转速500rpm/min下，处理20分钟后，得到球形化的天然或人造石墨，整形过程中产生的较大破损的小颗粒，流向旋风分离器和脉冲袋式除尘器制得副产品。粉尘经过脉冲袋式除尘器分离排除，过滤后清洁空气通过引风机排出。
实施例3
将粒径为100目碳量90%以上的人造石墨，经压力为0.3Pa的高压密封管道送入超微细研磨粉碎机的密闭料仓，通过自动定量喂料系统将密闭料仓内的石墨送入一台超微细研磨粉碎机（CXM400型超细磨）内研磨粉碎，超微细研磨粉碎机主机转速为2000rpm/min，内分机涡轮转速为400rpm/min，研磨时间为20分钟。在内分级涡轮的转动下，合格粒径的颗粒随气流自动流出，粗粒落到粉碎区继续粉碎直至合格，调节超微细研磨粉碎机粉碎参数，生产出D50为20μm的石墨粉。
将D50为20μm的石墨粉随气流自动流入离心式气流分级机，粒度小于45μm规格粉料经气流分级机物料排出口排到旋风集料器收集，粗粒粉料从返料口排出。由脉冲袋式除尘器分离尾料和粉尘，尾料利用高压离心风机的负压装置采用脉冲反冲排除，经废气送料密封管道集中送入尾料循环利用生产车间，循环使用。经过过滤后清洁空气通过引风机排出。
由高压离心风机送料管道将旋风集料器收集的石墨粉送入过渡料仓，通过过渡料仓的螺旋喂料系统将物料依次送入4台并联的JCUM-800BC石墨整形机进行整形。打开4台并联整形机中第一台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第一台微细粒子复合化整形机的料仓，3分钟后关闭气量调节阀，通过第一台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第一台整形机内整形，同时打开并联整形机中第二台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第二台石墨整形机的料仓，5分钟后关闭气量调节阀，通过第二台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第二台整形机内整形，同时打开并联整形机中第三台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第三台石墨整形机的料仓，5分钟后关闭气量调节阀，通过第三台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第三台整形机内整形，然后打开并联整形机中第四台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第四台石墨整形机的料仓，4分钟后关闭气量调节阀，通过第四台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第四台整形机内整形，然后打开并联整形机中第一台整形机的气量调节阀，重新开始循环。依次进入各整形机内的物料在主机转速300rpm/min下，处理30分钟后，得到球形化的天然或人造石墨，整形过程中产生的较大破损的小颗粒，流向旋风分离器和脉冲袋式除尘器制得副产品。粉尘经过脉冲袋式除尘器分离排除，过滤后清洁空气通过引风机排出。
比较例1：
传统的6台串联气流粉碎机ACM60和6台串联气流整形ACM30生产的天然球形石墨，粉碎时间40分钟，整形时间60分钟，获得锂离子电池负极材料（见附图1）。
通过图1和图2可以看出，本发明中，仅仅需要通过一台内分级超微细研磨粉碎机，即可将石墨粉碎至约18微米粒径的形态，再通过一台整形机进行整形，既可以获得本发明图2所示形状规整的形态。而对比例中，使用常规的粉碎机，其获得的石墨粒径差异非常大，使用6台整形机经过长时间处理才获得18微米粒径的石墨，而且，其粒径结构非常不规整。
电化学性能测试：
分别将上述实验制得的天然球形石墨作为锂离子电池负极材料，和水溶性粘结剂LA133、导电剂按照96:3:1的质量比混合制浆，涂于铜箔电极上，真空干燥后作为负极；以锂为对电极，电解液使用1MLiPF6的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)的混合液，其中三组分质量比为=1:1:1，隔膜为PE/PP/PE复合膜，组装成模拟电池，以0.5mA/cm2(0.2C)的电流密度进行恒流充放电实验，充电电压限制在0.005-2.0伏，测试改性石墨负极材料的首次充电比容量、首次放电比容量和首次充放电效率。测试结果列于表1.
表1.电化学性能测试结果
Figure BDA0000464416370000131
Figure BDA0000464416370000141
从测试结果可知，采用本发明制备的天然球形石墨作为锂离子电池负极材料，具有良好的综合电化学性能，其首次放电效率和100周循环容量保持率都比多台串联粉碎整形生产的天然球形石墨高2～3%，而传统的多台串联粉碎整形生产的天然石墨负极材料，其电化学性能较差，表现首次不可逆容量损失较大，循环性能较差。

Claims (10)

1.一种锂离子电池碳负极材料的研磨整形方法，包括以下步骤：
步骤一：将石墨送入一台内分级超微细研磨粉碎机内，在内分级涡轮的转动下，合格粒径的颗粒随气流自动流出，粗粒落到粉碎区继续粉碎直至合格；
步骤二：将步骤一得到的合格粒径石墨粉随气流流入离心分级机，粒度小于35μm规格粉料经气流分级机物料排出口排到旋风集料器收集，粗粒粉料从返料口排出。
步骤三：将步骤二收集的石墨粉送入过渡料仓，通过过渡料仓的螺旋喂料系统将物料送入石墨整形机进行整形，优选送入多台并联的石墨整形机进行整形，得到球形化的石墨。更哟选地，依次进入各整形机内的物料经处理后，规格粉料经整形机物料排出口收集，得到球形化的石墨。
2.权利要求1所述的研磨整形方法，其中所述石墨选自鳞片石墨或人造石墨，优选地，所述石墨的粒径为32目～325目，含碳量90%以上。
3.权利要求1或2所述的研磨整形工艺方法，所述石墨通过密闭料仓送入内分级超微细研磨粉碎机内。优选所述石墨经压力为0.3～0.6MPa的高压密封管道送入密闭料仓。
4.权利要求1-3任一项所述的研磨整形方法，所述超微细研磨粉碎机转速为500－3500rpm/min，所述超微细研磨粉碎机中内分级涡轮转速为200－600rpm/min，研磨时间为20～40分钟。
5.权利要求1-4任一项所述的研磨整形方法，所述整形机主机转速为300－500rpm/min，所述整形机处理时间为20～30分钟。
6.权利要求1-5任一项所述的研磨整形方法，所述超微细研磨粉碎机是内分级式球磨机、内分级式超细磨机、内分级式超微冲击磨，优选CXM400型超细磨。
7.权利要求1-6所述的研磨整形方法，所述离心分级机为卧式离心分级机，优选为高精度卧式离心分级机，优选AF400卧式型分级机。
8.根据权利要求1-7任一项的研磨整形方法，其特征在于，步骤三中，通过过渡料仓的螺旋喂料系统将物料送入多台并联的微细粒子复合化石墨整形机进行整形。
优选地，所述整形机至少两台以上，优选三台以上，还优选四台以上，更优选五台以上。
9.权利要求1-8所述的研磨整形方法，所述方法具体包括如下步骤：
步骤一：将粒径为32目～325目、含碳量90%以上的天然鳞片石墨或人造石墨，经压力为0.3～0.6MPa的高压密封管道送入密闭料仓，通过密闭料仓上的自动定量喂料系统将物料送入一台内分级超微细研磨粉碎机内，超微细研磨粉碎机转速为500－3500rpm/min,超微细研磨粉碎机中内分级涡轮转速为200－600rpm/min，研磨时间为20～40分钟。在内分级涡轮的转动下，合格粒径的颗粒随气流自动流出，粗粒落到粉碎区继续粉碎直至直至合格，调节超微细研磨粉碎机粉碎参数，生产出不同粒度要求的产品，粒度调整范围5-45μm。
步骤二：将步骤（一）超微细研磨粉碎后得到的合格粒径石墨粉随气流自动流入高精度卧式离心分级机，粒度小于35μm规格粉料经气流分级机物料排出口排到旋风集料器收集，粗粒粉料从返料口排出。由脉冲袋式除尘器分离尾料和粉尘，尾料利用高压离心风机的负压装置采用脉冲反冲排除，经废气送料密封管道集中送入尾料循环利用生产车间，循环使用。经过过滤后清洁空气通过引风机排出。
步骤三：由高压离心风机送料管道将步骤（二）收集的石墨粉送入过渡料仓，通过过渡料仓的螺旋喂料系统将物料依次送入多台并联的石墨整形机进行整形。打开多台并联整形机中第一台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第一台石墨整形机的料仓，3～5分钟后关闭气量调节阀，通过第一台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第一台整形机内整形，同时打开并联整形机中第二台整形机的气量调节阀，使过渡料仓的一部分物料流入第二台石墨整形机的料仓，3～5分钟后关闭气量调节阀，通过第二台整形机上料仓的螺旋喂料系统将物料送入第二台整形机内整形，同时打开并联整形机中第三台整形机的气量调节阀，后面各台整形依次循环上述步骤。当最后一台整形机重复完后上述步骤后，然后打开并联整形机中第一台整形机的气量调节阀，重新开始新的循环。依次进入各整形机内的物料在主机转速300－500rpm/min下，处理20～30分钟后，规格粉料经整形机物料排出口收集，得到球形化的天然或人造石墨，整形过程中产生的较大破损的小颗粒，流向旋风分离器和脉冲袋式除尘器制得副产品。粉尘经过脉冲袋式除尘器分离排除，过滤后清洁空气通过引风机排出。
10.一种用于权利要求1-9任一项的研磨整形方法中的成套系统，其特征在于，所述系统包括：带分级的超微细研磨粉碎机、卧式离心分级机、旋风集料器、过渡料仓、多台并联的石墨整形机，其中，带分级的超微细研磨粉碎机与离心分级机相连，离心分级机与旋风集料器相连，所述旋风集料器与过渡料仓相连、所述过渡料仓分别与多台并联的石墨整形机相连。
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