CN104485458A - 一种石墨球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种石墨球的制备方法,包括以下步骤:步骤1、将石墨粉体均匀分散于水溶液或有机溶剂中,配制分散液,在分散液中加入两亲性炭材料,配制两亲性炭材料溶液;步骤2、向步骤1得到的两亲性炭材料溶液中添加粘结剂,加热、搅拌,经过1.5~2h,蒸干水分得到固液混合物;步骤3、对步骤2得到的固液混合物进行离心分离,洗涤,真空干燥4~6h,制得石墨微球;步骤4、在石墨化炉中,将步骤3制得的石墨微球进行石墨化处理1.5~1.8h,然后自然冷却至室温。本发明提供的石墨球的制备方法制备工艺简单,生产成本低,所制得的石墨球均匀,球形度高,能够实现规模化工业生产。

Description

一种石墨球的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域,尤其涉及一种石墨球的制备方法。
背景技术
锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、无污染、安全性能好等特点,使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广泛的应用前景,成为近几年广为关注的研究热点。
石墨球作为锂离子电池负极材料的制备材料,具有优良的性能,应用范围广,但是目前制备石墨球的方法中,制备工艺复杂,生产成本高,所制得的石墨球不够均匀,球形度差,不易于实现规模化工业生产。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种石墨球的制备方法,该制备方法制备工艺简单,生产成本低,所制得的石墨球均匀,球形度高,能够实现规模化工业生产。
本发明的技术方案是:
一种石墨球的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、将石墨粉体均匀分散于水溶液或有机溶剂中,配制质量浓度为15%~20%的分散液,在分散液中加入两亲性炭材料,配制质量浓度为8%~9%的两亲性炭材料溶液,调节两亲性炭材料溶液的PH值为8-10;
步骤2、向步骤1得到的两亲性炭材料溶液中添加粘结剂,粘结剂为沥青和/或树脂类材料制得的溶液,粘度为600~1800Pas,粘结剂和两亲性炭材料溶液的体积比为(15~18):1,加热、搅拌,经过1.5~2h,蒸干水分得到固液混合物;
步骤3、对步骤2得到的固液混合物进行离心分离,洗涤,置于温度为45~55℃的环境中真空干燥4~6h,制得石墨微球;
步骤4、在石墨化炉中,将步骤3制得的石墨微球以12~18℃/min的升温速率升至2200~2600℃进行石墨化处理1.5~1.8h,然后自然冷却至室温。
进一步地,所述步骤1中的两亲性炭材料为针状焦、油系焦炭、煤系焦碳、石油渣、增碳剂、无烟煤、焦煤或中间相炭微球中的一种或两种以上的混合。
进一步地,所述步骤1中采用乙二胺调节两亲性炭材料溶液的PH值。
进一步地,所述步骤1中用于分散石墨粉体的有机溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或两种以上的组合。
进一步地,所述步骤2中的沥青为煤沥青、石油沥青、改质沥青、中间相沥青中的一种或两种以上的混合,所述沥青软化点为60~180℃。
进一步地,所述步骤2中的加热温度为20-30℃。
进一步地,所述步骤2中的搅拌时间为20-40min。
本发明提供的石墨球的制备方法制备工艺简单,生产成本低,所制得的石墨球均匀,球形度高,能够实现规模化工业生产。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的描述,以更好地理解本发明。
实施例1
一种石墨球的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、将石墨粉体均匀分散于水溶液或有机溶剂中,配制质量浓度为20%的分散液,在分散液中加入两亲性炭材料,配制质量浓度为8%的两亲性炭材料溶液,调节两亲性炭材料溶液的PH值为8;
步骤2、向步骤1得到的两亲性炭材料溶液中添加粘结剂,粘结剂为沥青和/或树脂类材料制得的溶液,粘度为600Pas,粘结剂和两亲性炭材料溶液的体积比为18:1,加热、搅拌,加热温度为30℃,搅拌时间为20min,经过1.5h,蒸干水分得到固液混合物;
步骤3、对步骤2得到的固液混合物进行离心分离,洗涤,置于温度为45℃的环境中真空干燥4h,制得石墨微球;
步骤4、在石墨化炉中,将步骤3制得的石墨微球以12℃/min的升温速率升至2200℃进行石墨化处理1.5h,然后自然冷却至室温。
本发明中,所述步骤1中的两亲性炭材料为针状焦、油系焦炭、煤系焦碳、石油渣、增碳剂、无烟煤、焦煤或中间相炭微球中的一种或两种以上的混合。
本发明中,所述步骤1中采用乙二胺调节两亲性炭材料溶液的PH值。
本发明中,所述步骤1中用于分散石墨粉体的有机溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或两种以上的组合。
本发明中,所述步骤2中的沥青为煤沥青、石油沥青、改质沥青、中间相沥青中的一种或两种以上的混合,所述沥青软化点为60℃。
实施例2
一种石墨球的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、将石墨粉体均匀分散于水溶液或有机溶剂中,配制质量浓度为15%的分散液,在分散液中加入两亲性炭材料,配制质量浓度为9%的两亲性炭材料溶液,调节两亲性炭材料溶液的PH值为10;
步骤2、向步骤1得到的两亲性炭材料溶液中添加粘结剂,粘结剂为沥青和/或树脂类材料制得的溶液,粘度为1800Pas,粘结剂和两亲性炭材料溶液的体积比为15:1,加热、搅拌,加热温度为20℃,搅拌时间为40min,经过2h,蒸干水分得到固液混合物;
步骤3、对步骤2得到的固液混合物进行离心分离,洗涤,置于温度为55℃的环境中真空干燥6h,制得石墨微球;
步骤4、在石墨化炉中,将步骤3制得的石墨微球以18℃/min的升温速率升至2600℃进行石墨化处理1.8h,然后自然冷却至室温。
本发明中,所述步骤1中的两亲性炭材料为针状焦、油系焦炭、煤系焦碳、石油渣、增碳剂、无烟煤、焦煤或中间相炭微球中的一种或两种以上的混合。
本发明中,所述步骤1中采用乙二胺调节两亲性炭材料溶液的PH值。
本发明中,所述步骤1中用于分散石墨粉体的有机溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或两种以上的组合。
本发明中,所述步骤2中的沥青为煤沥青、石油沥青、改质沥青、中间相沥青中的一种或两种以上的混合,所述沥青软化点为180℃。
实施例3
一种石墨球的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、将石墨粉体均匀分散于水溶液或有机溶剂中,配制质量浓度为18%的分散液,在分散液中加入两亲性炭材料,配制质量浓度为8.5%的两亲性炭材料溶液,调节两亲性炭材料溶液的PH值为9;
步骤2、向步骤1得到的两亲性炭材料溶液中添加粘结剂,粘结剂为沥青和/或树脂类材料制得的溶液,粘度为1000Pas,粘结剂和两亲性炭材料溶液的体积比为16:1,加热、搅拌,经过1.8h,加热温度为25℃,搅拌时间为30min,蒸干水分得到固液混合物;
步骤3、对步骤2得到的固液混合物进行离心分离,洗涤,置于温度为50℃的环境中真空干燥5h,制得石墨微球;
步骤4、在石墨化炉中,将步骤3制得的石墨微球以17℃/min的升温速率升至2400℃进行石墨化处理1.6h,然后自然冷却至室温。
本发明中,所述步骤1中的两亲性炭材料为针状焦、油系焦炭、煤系焦碳、石油渣、增碳剂、无烟煤、焦煤或中间相炭微球中的一种或两种以上的混合。
本发明中,所述步骤1中采用乙二胺调节两亲性炭材料溶液的PH值。
本发明中,所述步骤1中用于分散石墨粉体的有机溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或两种以上的组合。
本发明中,所述步骤2中的沥青为煤沥青、石油沥青、改质沥青、中间相沥青中的一种或两种以上的混合,所述沥青软化点为80℃。
实施例4
一种石墨球的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、将石墨粉体均匀分散于水溶液或有机溶剂中,配制质量浓度为16%的分散液,在分散液中加入两亲性炭材料,配制质量浓度为8.2%的两亲性炭材料溶液,调节两亲性炭材料溶液的PH值为8.5;
步骤2、向步骤1得到的两亲性炭材料溶液中添加粘结剂,粘结剂为沥青和/或树脂类材料制得的溶液,粘度为1200Pas,粘结剂和两亲性炭材料溶液的体积比为17:1,加热、搅拌,加热温度28℃,搅拌时间为25min,经过1.6h,蒸干水分得到固液混合物;
步骤3、对步骤2得到的固液混合物进行离心分离,洗涤,置于温度为52℃的环境中真空干燥5.5h,制得石墨微球;
步骤4、在石墨化炉中,将步骤3制得的石墨微球以15℃/min的升温速率升至2300℃进行石墨化处理1.7h,然后自然冷却至室温。
本发明中,所述步骤1中的两亲性炭材料为针状焦、油系焦炭、煤系焦碳、石油渣、增碳剂、无烟煤、焦煤或中间相炭微球中的一种或两种以上的混合。
本发明中,所述步骤1中采用乙二胺调节两亲性炭材料溶液的PH值。
本发明中,所述步骤1中用于分散石墨粉体的有机溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或两种以上的组合。
本发明中,所述步骤2中的沥青为煤沥青、石油沥青、改质沥青、中间相沥青中的一种或两种以上的混合,所述沥青软化点为100℃。
采用实施例1~4提供的石墨球的制备方法,其用到的溶剂为水和有机溶剂,制备过程中不需要加入任何表面活性剂,制备过程简单,绿色环保,生产成本低,用到的初始原料价格低廉,来源丰富,易于实现规模化工业生产,本发明制备的石墨球粒径均匀,球形度好,石墨化程度高,作为锂离子电池负极材料具有高的可逆容量和优良的循环性能。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为范例,本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种石墨球的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、将石墨粉体均匀分散于水溶液或有机溶剂中,配制质量浓度为15%~20%的分散液,在分散液中加入两亲性炭材料,配制质量浓度为8%~9%的两亲性炭材料溶液,调节两亲性炭材料溶液的PH值为8-10;
步骤2、向步骤1得到的两亲性炭材料溶液中添加粘结剂,粘结剂为沥青和/或树脂类材料制得的溶液,粘度为600~1800Pas,粘结剂和两亲性炭材料溶液的体积比为(15~18):1,加热、搅拌,经过1.5~2h,蒸干水分得到固液混合物;
步骤3、对步骤2得到的固液混合物进行离心分离,洗涤,置于温度为45~55℃的环境中真空干燥4~6h,制得石墨微球;
步骤4、在石墨化炉中,将步骤3制得的石墨微球以12~18℃/min的升温速率升至2200~2600℃进行石墨化处理1.5~1.8h,然后自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的石墨球的制备方法,其特征在于,所述步骤1中的两亲性炭材料为针状焦、油系焦炭、煤系焦碳、石油渣、增碳剂、无烟煤、焦煤或中间相炭微球中的一种或两种以上的混合。
3.根据权利要求1所述的石墨球的制备方法,其特征在于,所述步骤1中采用乙二胺调节两亲性炭材料溶液的PH值。
4.根据权利要求1所述的石墨球的制备方法,其特征在于,所述步骤1中用于分散石墨粉体的有机溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的石墨球的制备方法,其特征在于,所述步骤2中的沥青为煤沥青、石油沥青、改质沥青、中间相沥青中的一种或两种以上的混合,所述沥青软化点为60~180℃。
6.根据权利要求1所述的石墨球的制备方法,其特征在于,所述步骤2中的加热温度为20-30℃。
7.根据权利要求1所述的石墨球的制备方法,其特征在于,所述步骤2中的搅拌时间为20-40min。
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