CN112678813A - 一种锂电池负极材料的预碳化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池负极材料的预碳化方法。所述预碳化方法包括如下步骤：将经粉碎的原料焦在回转窑中加热至900‑1200℃进行预碳化处理；所述回转窑使用耐热钢310S或inconel601。使用本发明所述的预碳化方法，可以在得到的预碳化料性能、装填率与现有技术相接近的同时，大幅降低生产成本，并且较容易地实现了自动化。
Description
技术领域
本发明涉及石化工程领域，具体涉及一种锂电池负极材料的预碳化方法。
背景技术
近年来，锂电池市场竞争愈发激烈，锂电池企业及电池材料企业对材料的成本价格更加敏感。在负极材料中，石墨化成本是占比最高的部分，约占负极材料成本的40％。通过在预碳化处理排除挥发分来提高原料焦的石墨化装填率可以有效地降低石墨化成本。
目前，市场上使用的在石墨化之前预碳化处理原料焦来达到提高石墨化装填率的工艺方法主要有两种，一种是先使用卧式釜、滚筒炉、立式釜、回转窑等设备对原料焦进行包覆或造粒，然后使用燃气隧道窑连续预碳化处理原料焦，另一种是先使用卧式釜、滚筒炉、立式釜、回转窑等设备对原料焦进行包覆或造粒，然后使用环形焙烧炉半连续式预碳化处理原料焦。两种工艺方法都有生产效率较低、设备占地面积大、自动化程度不高、投资及配套成本高等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中锂电池负极材料的预碳化工艺生产效率较低、设备占地面积大、自动化程度不高、投资及配套成本高等缺点，提供一种锂电池负极材料的预碳化方法。本发明的锂电池负极材料的预碳化方法步骤简单、生产效率高、生产成本大幅降低。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案之一为：一种锂电池负极材料的预碳化方法，所述预碳化方法包括如下步骤：将经粉碎的原料焦在回转窑中加热至900-1200℃进行预碳化处理；所述回转窑使用耐热钢例如310S、inconel601或inconel601同系列以上牌号的钢材。
本发明中，所述回转窑为粉体加工行业常用的回转窑。
较佳地，所述原料焦为生焦。
较佳地，所述预碳化处理的温度为本领域常规预碳化处理的温度，例如900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃和/或1200℃。
较佳地，所述预碳化处理的时间为45-120分钟，例如为45、60、75、90、100、110或120分钟。
较佳地，所述原料焦的平均粒径为10.1-28.6μm，例如为10.1μm、26.4μm或28.6μm。
较佳地，所述回转窑的控温仪表的温度由四个控温仪表设置；优选所述四个控温仪表的温度依次设置为900℃、1000℃、1000℃、900℃；或900℃、1050℃、1050℃和900℃；或900℃、1050℃、1200℃和900℃。
在本发明一优选实施例中，所述预碳化方法还包括：在所述预碳化处理前，将所述原料焦在所述回转窑中先加热至350℃-750℃进行造粒处理。
较佳地，所述造粒处理中，所述回转窑的控温仪表的温度由六个控温仪表设置，所述控温仪表的温度均设置在350℃-750℃；优选所述六个控温仪表的温度依次设置为350℃、450℃、550℃、550℃、650℃和750℃。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案之二为：一种如上所述的预碳化方法制备获得的预碳化锂电池负极材料。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案之三为：一种回转窑在制备预碳化锂电池负极材料中的应用。优选地，所述回转窑使用耐热钢310S、inconel601或inconel601同系列以上牌号的钢材。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
本发明提供了一种锂电池负极材料的预碳化方法，所述预碳化方法在能达到现有技术的同等预碳化效果的同时，大大简化了工序，能够实现连续、稳定生产，生产效率高，能源消耗较低，处理成本大幅降低，适用于工业化生产。
附图说明
图1为原料焦石墨化之前的常规工艺流程。
图2为市场上已有的常规的原料焦石墨化之前的碳化工艺流程。
图3为本发明实施例1、2、3的工艺流程。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1锂电池负极材料的预碳化及性能检测
将粉碎后的平均粒径D50为10.1μm的生焦原料约650kg，以60kg/h的进料速度送入高温外热式回转窑(江苏普创热工科技有限公司生产的
矿粉焙烧回转窑)中进行预碳化处理，停留时间约45分钟，回转窑四个控温仪表设置温度为900℃、1000℃、1000℃、900℃。最终得到500kg预碳化料和125kg清釜料。将500kg预碳化料装填入石墨化炉所用的
石墨坩埚中，坩埚1装填量为130kg，坩埚2装填量为130kg，坩埚3装填量为129kg，坩埚4未装满，装填量为102kg。则在坩埚全部装满的情况下，预碳化料的平均装填量约为130kg。根据本领域常规生产数据统计，同种规格的坩埚装填未经预碳化的原料的重量平均值为90kg，则装填率提升(130kg-90kg)/90kg≈44％。
对预碳化料进行检测，相对于未经预碳化的原料，挥发分含量由5.6％降低至0.89％，振实密度0.56 g/cm3提高至0.94g/cm3，真密度达到1.95g/cm3，松装密度由0.34 g/cm3提高至0.5g/cm3。
实施例2锂电池负极材料的预碳化及性能检测
将粉碎后的平均粒径D50为28.6μm的生焦原料约5吨，以500kg/h的进料速度送入高温外热式回转窑(江苏普创热工科技有限公司生产的
矿粉焙烧回转窑)中进行预碳化处理，停留时间约75分钟，回转窑十个控温仪表设置温度为350℃、450℃、550℃、550℃、650℃、750℃、900℃、1050℃、1050℃、900℃。最终得到4425kg预碳化料。将4425kg预碳化料装填入石墨化炉所用的
坩埚中，一共装满33个坩埚，平均每个坩埚的装填量约为134kg。根据本领域常规生产数据统计，同种规格的坩埚装填未经预碳化的原料的重量平均值为90kg，则装填率提升(134kg-90kg)/90kg≈49％。
对预碳化料进行检测，相对于未经预碳化的原料，挥发分含量由9％降低至1.5％，振实密度0.62g/cm3提高至0.95g/cm3，真密度达到1.94 g/cm3，松装密度由0.35 g/cm3提高至0.52g/cm3。
实施例3锂电池负极材料的预碳化及性能检测
将粉碎后的平均粒径D50为26.4μm的生焦原料约7吨，以1000kg/h的进料速度送入高温外热式回转窑(江苏普创热工科技有限公司生产的
矿粉焙烧回转窑)中进行预碳化处理，停留时间约120分钟，回转窑十个控温仪表设置温度为350℃、450℃、550℃、550℃、650℃、750℃、900℃、1050℃、1200℃、900℃。最终得到6195kg预碳化料。将6195kg预碳化料装填入石墨化炉所用的
坩埚中，一共装满47个坩埚，平均每个坩埚的装填量约为132kg。根据本领域常规生产数据统计，同种规格的坩埚装填未经预碳化的原料的重量平均值为90kg，则装填率提升(132kg-90kg)/90kg≈47％。
对预碳化料进行检测，相对于未经预碳化的原料，挥发分含量由12％降低至2％，振实密度0.6g/cm3提高至0.9g/cm3，真密度达到1.95g/cm3，松装密度由0.36g/cm3提高至0.52g/cm3。
上述三个实施例中所得预碳化料与本领域现有技术所得预碳化料的性能接近。
使用该回转窑进行的预碳化与现有技术的对比见下表：
通过上表可知，使用回转窑进行预碳化，可以在预碳化料性能、装填率与现有技术相接近的同时，大幅降低生产成本，并且较容易地实现了自动化。
Claims (10)
1.一种锂电池负极材料的预碳化方法，所述预碳化方法包括如下步骤：将经粉碎的原料焦在回转窑中加热至900-1200℃进行预碳化处理；所述回转窑使用耐热钢310S或inconel601；
所述原料焦优选为生焦。
2.如权利要求1所述的预碳化方法，其特征在于，所述预碳化处理的温度为900℃、1000℃、1050℃和/或1200℃。
3.如权利要求1所述的预碳化方法，其特征在于，所述预碳化处理的时间为45-120分钟。
4.如权利要求1所述的预碳化方法，其特征在于，所述预碳化处理的时间为45、75或120分钟。
5.如权利要求1所述的预碳化方法，其特征在于，所述原料焦的平均粒径为10.1-28.6μm，优选为10.1μm、26.4μm或28.6μm。
6.如权利要求1所述的预碳化方法，其特征在于，所述回转窑的控温仪表的温度由四个控温仪表设置；优选所述四个控温仪表的温度依次设置为900℃、1000℃、1000℃和900℃；或900℃、1050℃、1050℃和900℃；或900℃、1050℃、1200℃和900℃。
7.如权利要求1-6任一项所述的预碳化方法，其特征在于，所述预碳化方法还包括：在所述预碳化处理前，将所述原料焦在所述回转窑中先加热至350℃-750℃进行造粒处理。
8.如权利要求7所述的预碳化方法，其特征在于，所述造粒处理中，所述回转窑的控温仪表的温度由六个控温仪表设置；优选所述六个控温仪表的温度依次设置为350℃、450℃、550℃、550℃、650℃和750℃。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的预碳化方法制备获得的预碳化锂电池负极材料。
10.一种回转窑在制备预碳化锂电池负极材料中的应用；优选地，所述回转窑使用耐热钢310S或inconel601。
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