一种二次颗粒结构石墨负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二次颗粒结构石墨负极材料的制备方法，包括步骤：第一步，原料焦炭粉碎分级：将原料焦炭粉碎，并分级去除细粉，得到粒径D50为5～12um、比表面积为1.0～6.0m2/g以及振实密度为0.5～1.1g/cm3的焦炭粉末；第二步，连续式二次造粒：制得二次颗粒焦炭粉末；第三步，石墨化：将第二步处理得到的二次颗粒焦炭粉末在≥2800℃的温度环境下进行石墨化，然后在冷却后经过除磁筛分，最终得到二次颗粒结构石墨负极材料。本发明专利技术采用特定属性的原料和连续式二次造粒技术实现二次颗粒结构人造石墨的制备，制备过程无需使用辅材粘结剂，制得的二次颗粒结构石墨负极材料形貌均一，一致性好。好。好。

【技术实现步骤摘要】
一种二次颗粒结构石墨负极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池的石墨负极材料
，特别是涉及一种二次颗粒结构石墨负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，在锂离子电池上，实现规模化应用的碳负极材料主要为天然石墨和人造石墨。在国内电池体系中，人造石墨性能优于天然石墨，被广泛应用于锂离子电池负极材料。
[0003]常见的人造石墨材料主要有二次颗粒结构、单颗粒结构或单颗粒和二次颗粒结构混合。相比同等粒度分布的单颗粒结构人造石墨材料，二次颗粒结构的人造石墨具有倍率性能优异，压实密度高等性能优势，一直受到客户的青睐。
[0004]但是，目前规模化量产的二次颗粒结构人造石墨相比单颗粒人造石墨，制作工艺较为复杂，在生产工艺过程中需要加入辅料粘结剂材料，进行二次造粒。而使用的粘结剂材料，其残碳值相对较低，流变特性不容易把控，容易导致制备的二次颗粒结构不均一，形貌差异明显，最终造成制成的二次颗粒结构人造石墨材料比表面积偏大，客户在使用过程中加工困难。而且该工艺过程，一般为间歇式单元操作，设备和辅料成本投入相对较高，生产效率也较低，产品收率不高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种二次颗粒结构石墨负极材料的制备方法。
[0006]为此，本专利技术提供了一种二次颗粒结构石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]第一步，原料焦炭粉碎分级：将原料焦炭粉碎，并分级去除细粉，得到粒径D50为5～12um、比表面积为1.0～6.0m2/g以及振实密度为0.5～1.1g/cm3的焦炭粉末；
[0008]第二步，连续式二次造粒：将第一步处理得到的焦炭粉末，放入连续式造粒回转窑中，连续式造粒回转窑分为升温段、恒温段和降温段，全程在氮气气氛下进行二次造粒，焦炭粉末在连续式造粒回转窑中停留时间为3～7小时，制得D50为8～17um、比表面积为1.0～3.0m2/g以及振实密度为0.7～1.3g/cm3的二次颗粒焦炭粉末；
[0009]第三步，石墨化：将第二步处理得到的二次颗粒焦炭粉末在≥2800℃的温度环境下进行石墨化，然后在冷却后经过除磁筛分，最终得到二次颗粒结构石墨负极材料。
[0010]优选地，在第一步中，原料焦炭，是富含甲苯可溶组分且具有自粘结特性的焦炭。
[0011]优选地，原料焦炭具体要求是：甲苯可溶物TS的质量含量占比≥2.0％、450℃的失重率≥2.0％，灰分的质量含量占比≤1.0％，硫分的质量含量占比＜0.5％的焦碳。
[0012]优选地，在第一步中，粉碎操作具体为：通过粉碎机，将原料焦炭粉碎至粒径D50为5～12um，获得粒径D50为5～12um的焦炭粉末；
[0013]优选地，在第一步中，分级操作具体为：通过旋风分级机将粉碎获得的焦炭粉末中的细粉去除，得到平均粒径D50为5～12μm的焦炭粉末；
[0014]细粉为粒径＜1um的粒子。
[0015]优选地，在第二步中，恒温段的温度为450～650℃。
[0016]由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了一种二次颗粒结构石墨负极材料的制备方法，其设计科学，采用特定属性的原料和连续式二次造粒技术实现二次颗粒结构人造石墨的制备，本专利技术选用的原材料属于焦炭类，该焦炭是富含甲苯可溶组分，具有自粘结特性，而且二次造粒工艺是在连续式回转窑中连续操作，且制备过程无需使用辅材粘结剂，制得的二次颗粒结构石墨负极材料形貌均一，一致性好，具有重大的实践意义。
[0017]本专利技术相比目前规模化量产的二次造粒工艺，具有工艺过程科学合理、产品收率高和设备投入少的优点，极大地提升了生产效率。并且由于无需使用辅料粘结剂，采用连续二次造粒方法，本专利技术制得的石墨负极材料，具有较大的成本优势和较好的质量稳定性。
附图说明
[0018]图1为本专利技术提供的一种二次颗粒结构石墨负极材料的制备方法的流程图；
[0019]图2为实施例1中制备的二次颗粒结构石墨材料的扫描电镜照片。
[0020]图3为实施例2中制备的二次颗粒结构石墨材料的扫描电镜照片。
[0021]图4为实施例3中制备的二次颗粒结构石墨材料的扫描电镜照片。
[0022]图5为对比例1制备的二次颗粒结构石墨材料的扫描电镜照片。
[0023]图6为对比例2制备的二次颗粒结构石墨材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
[0024]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。
[0025]参见图1，本专利技术提供了一种二次颗粒结构石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]第一步，原料焦炭粉碎分级：将原料焦炭粉碎，并分级去除细粉，得到粒径D50为5～12um、比表面积为1.0～6.0m2/g以及振实密度为0.5～1.1g/cm3的焦炭粉末；
[0027]第二步，连续式二次造粒：将第一步处理得到的焦炭粉末，放入连续式造粒回转窑中，连续式造粒回转窑分为升温段、恒温段和降温段，全程在氮气气氛下进行二次造粒，焦炭粉末在连续式造粒回转窑中停留时间为3～7小时，制得D50为8～17um、比表面积为1.0～3.0m2/g以及振实密度为0.7～1.3g/cm3的二次颗粒焦炭粉末；
[0028]第三步，石墨化：将第二步处理得到的二次颗粒焦炭粉末在≥2800℃的温度环境下进行石墨化，然后在冷却后经过除磁筛分，最终得到二次颗粒结构石墨负极材料。
[0029]在第一步中，具体实现上，细粉为粒径＜1um的粒子。
[0030]在第一步中，具体实现上，原料焦炭，属于焦炭类，是富含甲苯可溶组分且具有自粘结特性的焦炭。原料焦炭具体要求是：甲苯可溶物(TS)的质量含量占比(即质量百分比含量)≥2.0％、450℃的失重率≥2.0％，灰分的质量含量占比≤1.0％，硫分的质量含量占比＜0.5％的焦碳。具备这些要求的焦碳，可以由焦碳厂直接提供。
[0031]需要说明的是，在本专利技术中，甲苯可溶物(TS)是指将单位质量原料焦炭用甲苯去
充分溶解，能够溶于甲苯中的组分即为甲苯可溶物。失重率，是指焦炭在450℃下，氮气氛下失去的质量占比。
[0032]灰分，是指焦炭在一定温度(约是800～900℃)完全燃烧一段时间至恒重后剩下的残渣的质量。硫分，是指焦碳中各种含硫成分的总质量占比。
[0033]其中，甲苯可溶物和失重率，影响焦炭二次造粒过程中自粘结性的发挥。灰分含量，灰分越多，从焦炭到石墨的产率就越低，灰分多，会降低石墨的品质，所以降低灰分是为了提高石墨的产率和品质。硫分含量，因为硫分太高会在石墨化过程中，硫分逸出后在石墨颗粒内部形成微孔缺陷，影响石墨的品质，石墨内部缺陷在电池循环过程中容易成为失效位点，所以需要降低焦炭中硫分含量。并且硫份含量太高，也会引发石墨化过程的环保问题。
[0034]需要说明的是，对于本专利技术，要求原料焦碳甲苯可溶物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次颗粒结构石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，原料焦炭粉碎分级：将原料焦炭粉碎，并分级去除细粉，得到粒径D50为5～12um、比表面积为1.0～6.0m2/g以及振实密度为0.5～1.1g/cm3的焦炭粉末；第二步，连续式二次造粒：将第一步处理得到的焦炭粉末，放入连续式造粒回转窑中，连续式造粒回转窑分为升温段、恒温段和降温段，全程在氮气气氛下进行二次造粒，焦炭粉末在连续式造粒回转窑中停留时间为3～7小时，制得D50为8～17um、比表面积为1.0～3.0m2/g以及振实密度为0.7～1.3g/cm3的二次颗粒焦炭粉末；第三步，石墨化：将第二步处理得到的二次颗粒焦炭粉末在≥2800℃的温度环境下进行石墨化，然后在冷却后经过除磁筛分，最终得到二次颗粒结构石墨负极材料。2.如权利要求1所述的二次颗粒结构石墨负极材料的制备方法，其特征在于，在第一步中，原料焦炭，是富含甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：于宝军，方聪聪，曾涛，
申请(专利权)人：力神青岛新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：