本发明专利技术一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法及装置，该方法是以沥青为原料，将沥青与石油重质组分混合，混合料送入焦化塔焦化，得到短程有序片状结构的负极焦，所述负极焦再经过破碎、筛分，进入热处理工序降体积增密度，最后经石墨化后得到锂离子电池用负极材料。本发明专利技术所制备的负极材料前驱体焦炭结构是各向同性，可以在负极材料生产中省去造粒工艺，用于锂离子电池后锂离子可以从多个方向嵌入、应力也向各个方向去分散，实现高倍率、低膨胀和长循环寿命。本发明专利技术中的热处理工序降体积增密度可有效提高石墨化炉利用率，此工艺可实现原料成本低、工艺简单、负极焦各向同性，形成的负极材料倍率性能优异。
【技术实现步骤摘要】
一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法及装置
本专利技术属于锂离子电池负极材料生产
，尤其涉及一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法及装置。
技术介绍
锂离子电池在消费电子、电动汽车、储能材料等领域获得了广泛应用，随着消费电子类产品的更新换代、新能源汽车产业的蓬勃发展、智能电网的迅速推广以及其它
对高性能电池的旺盛需求，锂离子电池产业必将在未来较长时间内持续高速发展，这也为锂电负极材料产业的发展提供了很大的机遇，但同时也提出了更高的要求。负极材料是锂离子电池重要的组成部分，其性能影响锂离子电池的安全性、比容量、倍率性能、循环寿命、高低温性能等关键指标，是锂离子电池的关键材料之一。随着动力电池及电子产品对电池容量、寿命、安全性等方面要求越来越高，高性能、低成本负极材料的需求将成为未来发展趋势。石墨类负极材料生产过程中，通过造粒工艺来降低人造石墨取向性和循环膨胀，增加锂离子扩散通道，从而改善倍率性能和容量。造粒工艺是将大颗粒焦炭破碎，然后再用沥青等粘结剂粘结起来重新形成大的焦炭颗粒，从而使粉体材料达到各向同性。如果负极材料用焦炭结构是各向同性，可以在负极材料生产中省去造粒工艺，形成锂离子电池后锂离子同样可以从多个方向嵌入、应力也向各个方向去分散，实现高倍率、低膨胀和长循环寿命。随着新能源汽车相关政策的调整，负极材料产业链均面临降成本压力，人造石墨产品的成本构成中，石墨化成本占据直接成本的50％以上，要使负极材料成本降低，最直接的方法是优化石墨化工艺，或者提升石墨化产品收率。所以在保证锂离子电池容量的基础上，开发一种倍率性能优良、循环性能好且成本低的锂离子电池负极材料具有重要意义。另外，石油重质化趋势日益严重，超过石油总量10％的极重组分无法通过现有技术转化为轻质组分，将这部分碳氢高的重质组分转化为炭材料是一种重要的利用途径。石油重质组分主要包含胶质和沥青质，由碳氢比较高的大分子组成，石油重质组分的充分利用和高效转化对于石油炼制工艺的综合配置和资源合理利用愈发重要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法及装置，所制备的负极材料前驱体焦炭结构是各向同性，可以在负极材料生产中省去造粒工艺，用于锂离子电池后锂离子可以从多个方向嵌入、应力也向各个方向去分散，实现高倍率、低膨胀和长循环寿命。本专利技术中的热处理工序降体积增密度可有效提高石墨化炉利用率，此工艺可实现原料成本低、工艺简单、负极焦各向同性，形成的负极材料倍率性能优异。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法，该方法是以沥青为原料，将沥青与石油重质组分混合，混合料送入焦化塔焦化，得到短程有序片状结构的负极焦，所述负极焦再经过破碎、筛分，进入热处理工序降体积增密度，最后经石墨化后得到锂离子电池用负极材料。具体包括以下步骤：1)负极焦的形成：将沥青与石油重质组分的混合物料送入加热炉加热，产生的油气从焦化塔塔底送入塔内进行焦化反应，得到的短程有序片状结构负极焦，焦化塔顶生成的油气进入闪蒸分馏塔，并在闪蒸分馏塔的顶部对高温油气进行冷却，实现部分回流，分馏塔塔顶轻组分进入轻油接收罐，分馏塔塔底的重馏分油进入重油接收罐或循环输送到沥青原料罐；2)负极焦降体积增密度：将步骤1)得到的负极焦，破碎，经筛分后得到D50为10～20μm的焦粉，将焦粉输送至炭化炉，焦粉物料上端设置石墨挡板，石墨挡板上方连接位移传感器，随着温度升高，焦粉物料体积收缩(随着温度升高焦粉中有一部分挥发分会排出，所以体积会收缩)，位移传感器实时监测焦粉物料体积变化，当焦粉物料体积停止变化时，结束炭化，负极焦实现降体积增密度的效果；3)焦粉石墨化：最后炭化后的焦粉物料在2600～3000℃石墨化炉中石墨化，打散、除磁后得到短程有序片状结构负极材料。所述沥青是煤沥青、石油沥青、可纺沥青、中间相沥青中的一种或几种；所述石油重质组分是含有沥青质、芳香份或胶质，但不含有饱和分的初馏点大于等于150℃的石油组分；所述沥青与石油重质组分的混合比例是：(80wt％～95wt％)：(20wt％～5wt％)。上述步骤1)中，加热炉出口温度420℃～520℃，焦化塔反应温度520℃～590℃，焦化塔塔顶压力控制范围为0.3～1.0MPa。上述步骤2)中，炭化炉温度为550℃～1000℃、炭化时间为1～10h、炭化升温速率0.2～10℃/min。一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法使用的装置，包括沥青原料罐、石油重组分原料罐、混合器、混合物料罐、加热炉、焦化塔、破碎机、筛分机、炭化炉、石墨化炉、闪蒸分馏塔；所述沥青原料罐和石油重组分原料罐通过混合器连接混合物料罐的入口，所述混合物料罐的出口连接加热炉入口，加热炉出口连接焦化塔，所述焦化塔轻相出口连接闪蒸分馏塔，焦化塔的重相出口向破碎机送料，破碎机向筛分机送料，筛分机向炭化炉送料，炭化炉向石墨化炉送料。在所述炭化炉的上部设有石墨化挡板，所述石墨化挡板置于焦粉物料上端，所述石墨化挡板上安装有位移传感器。与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术以沥青和石油重质组分为原料，原料容易获得，价格低廉。石油原油中约有占原油总质量10％的极重组分难以进行加氢处理得到轻质油品，以沥青质和胶质为主的石油重组分，有较高的反应活性，可促进沥青在低温下聚合，生成具有各向同性的短程有序的小片结构负极焦。因此采用石油重质组分制备负极焦具有重要的技术和经济价值。(2)本专利技术首先得到短程有序小片结构的负极焦，此负极焦是各向同性的，用于锂离子电池后锂离子可以从多个方向嵌入、应力也向各个方向去分散，锂离子传输通道多，解决了各向异性结构中嵌入脱出的入口少、扩散速率低的问题，实现了低膨胀和长循环寿命，倍率性能好。(3)本专利技术中，通过热处理工序使负极焦焦粉降体积增密度，热处理工序中焦粉的体积变化监测通过在炭化炉上端加入位移传感器来实现，通过位移传感器实时监测焦粉的收缩情况，焦粉体积收缩后，再进行石墨化，这样单位体积的石墨化炉可容纳焦粉量提高25～50wt％，石墨化炉的利用率大大提高。人造石墨产品的成本构成中，石墨化成本占据直接成本的50％以上，通过本专利技术的方法，负极材料生产成本有效降低，工艺简单、产品性能优异、企业利润高。附图说明图1是本专利技术的工艺路线图；图2是本专利技术的短程有序片状结构负极焦的偏光显微镜图片；图3是本专利技术的负极材料的扫描电镜图片。图中：1-沥青原料罐、2-石油重组分原料罐、3-混合器、4-混合物料罐、5-加热炉、6-焦化塔、7-破碎机、8-筛分机、9-螺旋给料器、10-炭化炉、11-石墨化挡板、12-位移传感器、13-石墨化炉、14-打散机、15-除磁机、16-成品仓、17-闪蒸分馏塔、18-轻油接收罐、19-重油接收罐。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的实施方式进一步说明：一种低成本短程有序片状结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法，其特征在于，该方法是以沥青为原料，将沥青与石油重质组分混合，混合料送入焦化塔焦化，得到短程有序片状结构的负极焦，所述负极焦再经过破碎、筛分，进入热处理工序降体积增密度，最后经石墨化后得到锂离子电池用负极材料。/n
【技术特征摘要】
1.一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法，其特征在于，该方法是以沥青为原料，将沥青与石油重质组分混合，混合料送入焦化塔焦化，得到短程有序片状结构的负极焦，所述负极焦再经过破碎、筛分，进入热处理工序降体积增密度，最后经石墨化后得到锂离子电池用负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)负极焦的形成：将沥青与石油重质组分的混合物料送入加热炉加热，产生的油气从焦化塔塔底送入塔内进行焦化反应，得到的短程有序片状结构负极焦，焦化塔顶生成的油气进入闪蒸分馏塔，并在闪蒸分馏塔的顶部对油气进行冷却，实现部分回流，分馏塔塔顶轻组分进入轻油接收罐，分馏塔塔底的重馏分油进入重油接收罐或循环输送到沥青原料罐；
2)负极焦降体积增密度：将步骤1)得到的负极焦，破碎，经筛分后得到D50为10～20μm的焦粉，将焦粉输送至炭化炉，焦粉物料上端设置石墨挡板，石墨挡板上方连接位移传感器，随着温度升高，焦粉物料体积收缩，位移传感器实时监测焦粉物料体积变化，当焦粉物料体积停止变化时，结束炭化，负极焦实现降体积增密度的效果；
3)焦粉石墨化：最后炭化后的焦粉物料在2600～3000℃石墨化炉中石墨化，打散、除磁后得到短程有序片状结构负极材料。
3.根据权利要求1或2所述的一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法，其特征在于，所述沥青是煤沥青、石油沥青、可纺沥青、中间相沥青中的一种或几种；所述石油重质组分是含...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭明聪，刘书林，张功多，王守凯，武全宇，关伟，屈滨，李强生，
申请(专利权)人：中钢集团鞍山热能研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。