石墨粉末生产和处理的方法技术

本发明专利技术提供了石墨粉末生产和处理的方法。本发明专利技术涉及一种在Acheson类炉子中生产和热处理碳材料、特别是石墨粉末的方法，使用基本由石墨材料以颗粒形式构成的功能性填料以便允许电流流过装料。填料的颗粒形式允许较大灵活性并可用来控制直接和间接加热的程度，导致与现有技术相比更均匀的产物。这样的石墨材料通常在聚合物、电池或其它应用中应用为添加剂。

【技术实现步骤摘要】
石墨粉末生产和处理的方法本申请为申请日为2009年10月27日，申请号为200980142818.4，专利技术名称为“石墨粉末生产和处理的方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及在聚合物、电池或其它应用中用作添加剂的碳材料特别是石墨粉末的生产和处理的热处理设备和新方法或工艺。
技术介绍
在近年中，在许多领域中为新生产技术的需要产生具有提高的性能的新石墨材料的需求。在这点上两个重要因素是灵活性和生产性。特别地，在锂离子电池中用于阳极的石墨的发展在该领域中的关注在增加。在20世纪早期中发展的Acheson技术(美国专利No.933944)描述通过电阻加热对含碳材料热处理的方法或工艺。然而，该方法基于在粘合剂存在下焦炭石墨化而显示出其局限性。石墨化碳(石墨)必须研磨(ground)。新碾磨导致生产的石墨具有相当活性表面的特点。基本上，基于Acheson的全部石墨化过程需要高投资以及该批(batch)过程的昂贵的处理。此外，已知均质(homogeneous)产物的生产如在Acheson专利中描述在分离很大程度上由碳化硅组成的外壳时需要特殊关注。如在图1A和图1B中图解，在Acheson炉中含碳材料的热处理通过两个不同机制发生：1)电阻加热(焦耳效应或直接加热)和2)热传导(间接加热)。Acheson炉子的装料通常由待处理的含碳材料构成，其中含碳材料围绕石墨的核心(由固体杆或棒构成)安置，其中该核心在供应电能的电极之间对准(见于图2A和图2B)。核心允许电流在电极之间流动，通过该流动实心材料通过电阻加热来加热。石墨化过程从核心和围绕核心的含碳材料之间的接触表面区中开始，并且由从热核心热传导的热对含碳材料间接加热引起。围绕核心的含碳材料的欧姆电阻率通过进行石墨化降低，并因此，接触区的加热变得越来越是直接加热的结果。总之，含碳材料的石墨化在从核心到炉子的含碳装料的外表面的径向方向上进行。从上面描述可容易得出在炉子的半径上直接和间接加热的程度不均匀，但含碳材料的近端部分与远端部分相比经受更多直接加热。在炉子直径上施加到含碳材料装料的不同部分的热量中的差通过在炉外部的空气的冷却效应混合，在炉子直径上产生石墨化梯度，并因此导致的产物缺少均质性。另一方面，石墨化的Acheson方法具有许多优点。例如，设备是鲁棒的并且极少经受故障。因此，在石墨材料的制备中仍普遍采用Acheson方法。然而，在本领域中存在改善石墨材料的制备过程的需要以及将众所周知的设备的优点与获得产物的更均质特性结合的需要。CN1834205A报告了石墨化方案，其中加热核心通常由若干导电加热核心的棒组成，通过许多1.8米固体导电碳材料件形成。该方法的缺点是通过必需使用和排列许多大固体碳材料件从而形成加热核心，该方法麻烦且布局相当受限。因此，该方案局限于非常小量的产物。美国专利No.7，008，526包括预磨(pre-ground)含碳前体的石墨化。由于该应用限定它自身仅预磨含碳前体，因此在此描述过程的效用相当有限。此外，不同于Acheson炉，马弗炉是该应用的热源，并因此加热仅可通过热传导(间接加热)发生。GB2185559A描述通过电阻连续石墨化碳体的方法。在此描述的该方法因此本质上不同于Acheson类方法，其中将待处理的含碳材料立刻装载到炉子，而且在处理结束之后从炉中移除。SU1765115A1描述热处理含碳材料的进一步方法，其中炉子包含了固体电介质材料的“网格”以便输送处理过程必需的热。因此，由于传导元件的复杂设置，因此可能的过程配置相当有限。美国专利No.6，783，747描述使用了其壁由填满待石墨化材料的石墨制成的容器。通过电极供应的电流流过容器壁，该容器壁通过焦耳效应反过来被加热。这样生成的热经热传导基本传输到在盒子里面的待处理的粉末。该技术具有许多缺点：·必须使用昂贵的盒子；·由于在容器中生成侵蚀性气体产生的腐蚀引起盒子高损耗；·填满、安置和清空盒子的缓慢和高昂处理成本。考虑到本领域的状态，仍需要改善的方法，其中要求的热处理的含碳产物可在Acheson类的炉子中高效和方便制备。
技术实现思路
本专利技术人已发展了一种制备或处理含碳材料(例如，石墨粉末)的方法或工艺，其中在Acheson类炉子中石墨的固体核心(通常由现有技术的杆或棒构成)已被颗粒形式的石墨材料替代。至今为止石墨材料利用在电流流过材料时观察到的焦耳效应，用来产生要求的电阻加热，它也可称为“功能性填料”。此外，由于不再必需使用装入待处理的含碳材料的石墨容器，因此本专利技术的新颖方法或工艺比现有技术更高效和安全。本专利技术提供的以颗粒形式(粉末状或粒状材料)的“功能性填料”的使用允许在方法或工艺参数选择中更大灵活性、有助于控制直接和间接加热程度，并可在下面为说明本专利技术现在更详细描述的众多配置中利用。在一方面中，本专利技术提供一种用于在Acheson类的炉子中对含碳材料进行热处理的方法，其特征在于除待处理的含碳材料之外，还将基本由石墨材料以颗粒形式构成的功能性填料添加到反应器中，以便允许电流流过装料(charge)。通常，功能性填料的石墨材料具有范围从大约1μm到大约10mm，优选从大约10μm到大约1mm的平均粒度(particlesize)。本专利技术的功能性填料因此主要由导电石墨材料组成，并也可含有在石墨化或者石墨处理过程的普遍采用的一些添加剂。从本专利技术的方法或工艺获得的含碳材料通常具有用传统方法获得的材料相比提高的均质性的特点。此外，本专利技术的方法或工艺利用热处理期间控制含碳材料的直接和间接加热的程度来提供调整获得的材料的性质的便利方式。后者通过在Acheson类炉子里面布置待处理的材料和功能性填料实现，如在下面更详细解释。通过“微调”功能性填料和待处理的材料的布置的可能性，取决于获得的产物的要求性质，可实现基本任何程度的直接和间接加热。因此也容易明显，通过本专利技术提供的新颖方法或工艺允许在Acheson类的炉子内实现更均匀加热。在一些实施例中，含碳材料是通过本专利技术的方法石墨化的材料。在其它实施例中，含碳材料是通过本专利技术的方法热处理和/或净化的材料。优选地，加工的含碳材料和/或功能性填料基本具有均匀的粒度，即，具有狭窄的粒度分布。后者具有为从反应器中存在的功能性填料分离处理的材料的明显优点。本专利技术的方法通常在约2000℃直到3500℃的温度下进行。优选地，在Acheson类方法中石墨化的温度大于大约2500℃。除功能性填料和待处理的含碳材料之外，该方法可采用另一含碳材料作为块绝缘体材料，即具有低导电率。再次，所述块绝缘材料通常为颗粒形式，并且基本优选具有基本均匀的粒度。在某些实施例中，通过以混合物形式向Acheson类炉子装填含碳材料实现直接和间接加热的程度的控制，该混合物由下面内容构成a)待处理的含碳材料，以及b)由允许电流流过装料的石墨材料以颗粒形式构成的功能性填料。在一些实施例中，a)和b)的混合物由具有克服导致的混合物的渗流阈值(percolationthreshold)的量的功能性填料构成。渗流阈值取决于两种材料的特定性质，并可由本领域技术人员容易确定。在大多情况下，为获得混合物的充足导电率必需至少5％含量的功能性填料。当然，对于其中处理的含碳材料是石墨材料并因此已经导电的实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过直接加热形成的含碳材料，所述含碳材料与通过间接加热形成的石墨相比具有较高的结晶度、较高的二甲苯密度、较高的结晶晶畴厚度、较高的特定BET表面积。

【技术特征摘要】
2008.10.27 EP 08167673.61.一种通过直接加热形成的含碳材料，所述含碳材料与通过间接加热形成的石墨相比具有较高的结晶度、较高的二甲苯密度、较高的结晶晶畴厚度、较高的特定BET表面积，所述含碳材料通过在Acheson类的炉子中进行热处理而制备，其中除待处理的含碳材料之外，还将包括颗粒形式的石墨材料的功能性填料添加到所述Acheson类的炉子中以便允许电流流过装料，其中所述功能性填料以克服渗流阈值的量存在。2.根据权利要求1所述的含碳材料，其中所述功能性填料的所述石墨材料具有从1μm到10mm范围的粒度。3.根据权利要求1所述的含碳材料，其中调整在所述Acheson类的炉子中的待热处理的所述含碳材料和所述功能性填料的空间排列，以便实现获得的材料的要求性质。4.根据权利要求1至3中任一项所述的含碳材料，其中所述待处理的含碳材料以混合物形式装填到所述Acheson类的炉子中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：法比奥·罗塔，埃多·罗塞蒂，达维德·卡塔内奥，米夏埃尔·斯帕尔，
申请(专利权)人：特密高股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH