CN109748274A - 一种低成本复合颗粒石墨负极材料的制备方法 - Google Patents

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单兵凯
刘可
肖志超
李旦
皮涛
王志勇
邵浩明
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Abstract

本发明提供了一种低成本复合颗粒石墨负极材料的制备方法，将焦炭材料与沥青粉按100:1~100:20质量比进行混合，得到混合料；将上述混合料放入石墨化炉中进行石墨化处理，得到复合颗粒石墨化料；将上述复合颗粒石墨化料进行分级，得到分级物料；将上述分级物料进行筛分除磁，得到复合颗粒石墨负极材料。本发明通过将复合造粒工艺和石墨化工艺进行整合，节约了复合造粒工艺的成本，提高了材料的充放电性能。

Description

一种低成本复合颗粒石墨负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及石墨负极材料技术领域，具体涉及一种复合颗粒、EV/HEV用石墨负极材料及其制备方法。
背景技术
近些年国内电动汽车市场发展迅猛，电动车的销量以及需求日益旺盛。石墨则是现有体系下最合适的充电电池负极材料，其具有良好的导电性和克容量性能。单颗粒石墨材料由于各项异性明显，仍然无法满足动力锂离子电池高倍率快速充电的需要。
目前，技术上普遍采用造粒工艺来进行复合造粒。
中国专利CN201610736197.4是通过石油焦或者沥青焦在350~500℃的温度下进行热聚合（热聚合反应压力为0.01~10MPa，反应时间为50~420分钟），再进行复合造粒，最后进行石墨化处理。
中国专利CN201710010172.0是将碳材料与沥青粉混合均匀后，采用卧式造粒釜进行造粒（在氮气氛围中由室温以2℃/min~5℃/min的升温速率升温至500℃~1000℃，保温0.5小时~6小时后降至室温）后，再进行石墨化处理等后续工艺。
中国专利CN201510542819.5是将碳材料与分散剂混合后，进行喷雾干燥技术进行造粒，再进行石墨化处理等后续工艺。
目前技术上普遍是采用造粒工艺进行造粒后，再将复合颗粒进行石墨化处理，工艺较为复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种低成本复合颗粒石墨负极材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种低成本复合颗粒石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：
A1、将焦炭材料与沥青粉进行混合，得到混合料；
A2、将上述混合料进行石墨化处理，得到复合颗粒石墨化料；
A3、将上述复合颗粒石墨化料进行分级处理，控制物料D50=8-20μm，D100=40-55μm，得到分级物料；
A4、将上述分级物料进行筛分除磁，得到复合颗粒石墨负极材料。
优选的，步骤A1中，将焦炭材料与沥青粉按100:1~100:20质量比混合均匀。
优选的，步骤A1中，所述焦炭材料的平均粒径为3~15μm。
优选的，步骤A1中，所述焦炭材料为针状焦煅前焦。
优选的，步骤A1中，所述混合所采用的设备为V型混料机、VC高速混合机、锥形混合机中的一种。
优选的，步骤A2中，所述石墨化处理的升温工艺为：第一步，采用升温速度50℃/h-1750℃/h送电0.2-4h，达到200℃-350℃；第二步，采用升温速度100℃/h-200℃/h送电0.25-6h，达到400℃-800℃；第三步，采用常规石墨化工艺的升温曲线升温到3050℃；第四步，自然冷却到＜200℃出炉。
本发明提供了一种低成本复合颗粒石墨负极材料的制备方法，用于动力锂离子电池负极石墨，通过将复合造粒工艺和石墨化工艺进行整合，节约了复合造粒工艺的成本，有助于节能减排；控制工艺条件，能够有效控制复合程度，并且使石墨颗粒能够达到各向同性，从而使锂离子的脱嵌更加顺畅，提高了材料的充放电性能。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的复合颗粒石墨负极材料的扫描电镜图。
图2为本发明实施例2制备的复合颗粒石墨负极材料的扫描电镜图。
图3为本发明实施例3制备的复合颗粒石墨负极材料的扫描电镜图。
图4为本发明实施例4制备的复合颗粒石墨负极材料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
A1、将5μm沥青焦与沥青粉按照100：1的比例进行混合，采用V型混料机混合，V型混料机的转速为500rpm，混合时间为30min，混合均匀后，得到混合料；
A2、将上述混合料放入石墨化炉中进行石墨化处理，首先采用升温速度=50℃/h送电4h，达到200℃；然后采用升温速度=100℃/h送电5h，达到700℃；再采用常规石墨化工艺的升温曲线升温到3050℃；最后，自然冷却到200℃以下出炉，得到复合颗粒石墨化料；
A3、将上述复合颗粒石墨化料进行分级，控制物料D50=8-20μm，D100=40-55μm，得到分级物料；
A4、将上述分级物料进行筛分除磁包装，得到复合颗粒石墨负极材料，所述复合颗粒石墨负极材料的SEM图如图1所示。
实施例2
将8μm针状焦煅前焦与沥青粉按照100：10的比例进行混合，混合均匀后，得到混合料；将上述混合料放入石墨化炉中进行石墨化处理：①采用升温速度=80℃/h送电2h，达到160℃；②采用升温速度=150℃/h送电3h，达到610℃；③采用常规石墨化工艺的升温曲线升温到3050℃；④自然冷却到＜200℃出炉，得到复合颗粒石墨化料；将上述复合颗粒石墨化料进行分级，控制物料D50=8-20μm，D100=40-55μm，得到分级物料；将上述分级物料进行筛分除磁，得到复合颗粒石墨负极材料，所述复合颗粒石墨负极材料的SEM图如图2所示。
实施例3
将12μm石油焦与沥青粉按照100：15的比例进行混合，采用锥形混合机，转速为1500rpm，混合150min后，得到混合料；将上述混合料放入石墨化炉中进行石墨化处理①采用升温速度=100℃/h送电3h，达到300℃；②采用升温速度=200℃/h送电1h，达到500℃；③采用常规石墨化工艺的升温曲线升温到3050℃；④自然冷却到＜200℃出炉，得到复合颗粒石墨化料；将上述复合颗粒石墨化料进行分级，控制物料D50=8-20μm，D100=40-55μm，得到分级物料；将上述分级物料进行筛分除磁，得到复合颗粒石墨负极材料，所述复合颗粒石墨负极材料的SEM图如图3所示。
实施例4
将15μm针状焦煅前焦与沥青粉按照100：20的比例进行混合，混合均匀后，得到混合料；将上述混合料放入石墨化炉中进行石墨化处理：①采用升温速度=1750℃/h送电0.2h，达到350℃；②采用升温速度=200℃/h送电2h，达到750℃；③采用常规石墨化工艺的升温曲线升温到3050℃；④自然冷却到＜200℃出炉，得到复合颗粒石墨化料；将上述复合颗粒石墨化料进行分级，控制物料D50=8-20μm，D100=40-55μm，得到分级物料；将上述分级物料进行筛分除磁，得到复合颗粒石墨负极材料，所述复合颗粒石墨负极材料的SEM图如图4所示。
对比例
将8μm针状焦煅前焦与沥青粉按照100：10的比例进行混合均匀（1000rpm混合90min）；再进行复合造粒；石墨化（按照常规石墨化工艺升温到3050℃）；将石墨化物料进行分级，得到石墨负极材料。
性能测试
对上述实施例1～4和对比例制备的石墨负极材料进行性能测试，其结果如下表所示：
从上表可以看出：
1.通过电镜SEM我们可以看出，颗粒均得到了不同程度的复合，实现了造粒的效果，并且复合程度具有一定可控性。
2.通过物理数据和石墨化度，我们发现材料的石墨化过程完全能够满足生产要求。
3.通过电化学数据，我们发现材料的容量，首效，循环性能优越，满足HEV，PHEV的使用要求。

Claims (6)

1.一种低成本复合颗粒石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、将焦炭材料与沥青粉进行混合，得到混合料；
A2、将上述混合料进行石墨化处理，得到复合颗粒石墨化料；
A3、将上述复合颗粒石墨化料进行分级处理，控制物料D50=8-20μm，D100=40-55μm，得到分级物料；
A4、将上述分级物料进行筛分除磁，得到复合颗粒石墨负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种低成本复合颗粒石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤A1中，将焦炭材料与沥青粉按100:1~100:20质量比混合均匀。
3.根据权利要求2所述的一种低成本复合颗粒石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤A1中，所述焦炭材料的平均粒径为3~15μm。
4.根据权利要求3所述的一种低成本复合颗粒石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤A1中，所述焦炭材料为针状焦煅前焦、石油焦、沥青焦、等方焦中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种低成本复合颗粒石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤A1中，所述混合所采用的设备为V型混料机、VC高速混合机、锥形混合机中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种低成本复合颗粒石墨负极材料的制备方法，其特征在于：步骤A2中，所述石墨化处理的升温工艺为：第一步，采用升温速度50℃/h-1750℃/h送电0.2-4h，达到200℃-350℃；第二步，采用升温速度100℃/h-200℃/h送电0.25-6h，达到400℃-800℃；第三步，采用常规石墨化工艺的升温曲线升温到3050℃；第四步，自然冷却到＜200℃出炉。
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