一种负极原料球团化制备工艺及石墨化装炉方法技术

本申请涉及负极材料制备领域，具体涉及一种负极原料球团化制备工艺及石墨化装炉方法，负极原料球团化制备工艺包括以下步骤：负极原料与粘结剂混合后进行球团化处理得到球形混合物；粘结剂由有机粘结剂与无机粘结剂复合而成；热处理球形混合物得到干燥硬化的球团。采用无机和有机复合粘结剂对负极原料进行球团化处理，成型用量少，残炭低、无其他杂元素残留；当石墨化温度达到1000

【技术实现步骤摘要】
一种负极原料球团化制备工艺及石墨化装炉方法


[0001]本申请涉及负极材料制备
，具体涉及一种负极原料球团化制备工艺及石墨化装炉方法。

技术介绍

[0002]负极材料是锂离子电池的关键材料之一，其对锂离子电池的性能起着至关重要的作用。石墨负极材料因具有电子电导率高、锂离子扩散系数高、嵌锂前后体积变化小、嵌锂容量高和嵌锂电位低等优点，是理想的锂离子电池负极材料。而人造石墨又因电解液兼容性好、循环寿命长等优点成为目前主流的负极材料。
[0003]在人造石墨负极制备过程中，石墨化是重要的工艺环节。石墨化是指通过3000℃以上的高温，将针状焦、石油焦、沥青焦等碳源中无序排列的类石墨微晶转化成有序的层状石墨结构，同时高温还可以将原料中的有机挥发分和无机杂质元素气化脱出。石墨化依据生产方式不同分为间歇式和连续式两种，间歇式中的箱体炉因产能大、能耗低是目前石墨化生产的主流工艺，而连续式石墨化因在成本、效率、环保等方面具有压倒性优势，是目前产业化探索的新方向。
[0004]在间歇式石墨化生产中，每炉次辅材及能耗成本基本固定，如何在有限的炉体空间内生产更多负极材料成品，是降低石墨化成本的关键；通过预碳化工艺可以预先去除部分挥发分，提高石墨化收率，但由于焦原料粉体松散，在装炉过程中难以压实，最终装炉密度只有0.8
‑
0.9g/cc，无法进一步提高装炉量。在连续式石墨化生产中，因炉体高度较高，粉体堆积厚度大导致透气性差，影响挥发分的溢出和烟气的排出，从而炉体内部压力升高极易发生喷炉事故，严重威胁现场人员和设备安全。
[0005]为解决以上问题，专利技术专利CN 114824162A公开了一种采用有机粘结剂的原料碳粉球团化方法。该方法可以较好的解决烟气溢出问题，但该方法粘接剂用量大，石墨化后的残炭对产品品质有影响，且在石墨化后有结块现象，后续额外的粉碎工艺会增大产品比表；同时采用纯有机粘结剂的碳粉球团在1000℃以上会发生粉化失效，此时原料碳粉中的挥发分尚未充分溢出，仍有发生喷炉的风险。

技术实现思路

[0006]本申请的主要目的是提供一种负极原料球团化制备工艺及石墨化装炉方法，旨在解决现有的负极原料粉体球团化工艺粘结剂用量过多导致石墨化后的残炭影响成品质量，以及存在喷炉风险的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本申请提出一种负极原料球团化制备工艺，包括以下步骤：负极原料与粘结剂混合均匀后进行球团化处理，得到均匀的球形混合物；其中，所述粘结剂由有机粘结剂与无机粘结剂复合而成；
[0008]热处理所述球形混合物，得到干燥硬化的球团。
[0009]本方案采用的粘结剂为有机粘结剂和无机粘结剂的复合品，使原料球团具有更高
的热稳定性，当后续的石墨化温度达到1000
‑
1700℃时，可以维持球团的强度，因此球团与球团之间的空隙有利于挥发分及杂元素挥发气体的充分溢出，可以提高单位体积内的装炉量，并显著改善石墨化过程中负极原料粉体因堆积厚度过高导致的透气性差，减少发生喷炉事故的风险。
[0010]负极原料与粘结剂采用物理方式均匀混合，如可采用VC、搅拌、球磨、轮碾等混合方式。
[0011]优选地，所述粘结剂的用量为所述负极原料用量的2％
‑
10％。由有机粘结剂和无机粘结剂形成的复合粘结剂在制备时的用量较少，残炭低、无其他杂元素残留；球团在石墨化后自然还原为粉末状，无须增加额外的粉碎工序，对负极成品性能影响少。
[0012]优选地，所述有机粘结剂和所述无机粘结剂的重量比为4
‑
7：3
‑
6；所述无机粘结剂为熔点≥1500℃的无机粘结剂。通过对复合粘结剂中有机粘结剂和无机粘结剂用量的调整，使形成的复合粘结剂可适应各种不同的负极原料和石墨化条件，且能较好的保证负极成品的质量。粘结剂中含有高熔点的无机化合物，可提高粘结剂的耐高温性能；粘结剂中还含有压力下易粘接的有机化合物，可以改善球团化过程中的成型效果。
[0013]优选地，所述无机粘结剂包括磷酸盐类无机粘结剂、硅酸盐类无机粘结剂、金属氧化物类无机粘结剂中的至少一种；所述有机粘结剂包括淀粉类有机物粘结剂、聚合物类有机粘结剂中的至少一种。
[0014]优选地，所述磷酸盐类无机粘结剂为磷酸铝、磷酸镁、磷酸锌、聚磷酸钠或磷酸二氢铝中的至少一种，所述硅酸盐类无机粘结剂为硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂或硅溶胶中的至少一种，所述金属氧化物类无机粘结剂为氢氧化铝、氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氧化钇、氧化镧、氧化钕或氧化铈中的至少一种；
[0015]所述淀粉类有机粘结剂为玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉、糊化淀粉、氧化型淀粉或酯化淀粉中的至少一种，所述聚合物类有机粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚醋酸乙烯酯或聚乙烯醇缩甲醛中的至少一种。
[0016]优选地，所述热处理步骤为自然晾晒干燥或加热干燥，热处理后的所述球团挥发分低于2％，水分低于1％；加热干燥时加热至100
‑
150℃烘干；或，加热干燥时加热至700
‑
1500℃煅烧。对球团进行热处理可去除其内部的水分及挥发分，得到干燥硬化的球团。除自然晾晒干燥外的热处理步骤可采用烘箱、烘干窑、回转窑等设备。
[0017]优选地，所述负极原料由单种碳素原料破碎后制得，所述碳素原料可经过碳化或不经过碳化；
[0018]或，所述负极原料为多种破碎后的不同碳素原料粘接造粒后制得的复合粉体；
[0019]或，所述负极原料为多种不同碳素原料粘接造粒后破碎制得的复合粉体；
[0020]所述碳素原料为针状焦、石油焦、沥青焦、中间相炭微球、煤、鳞片石墨、天然球形石墨或微晶石墨。
[0021]优选地，所述负极原料的粒径为3
‑
30μm，挥发份为0
‑
13％。对负极原料进行上述条件的限定，可使制得的球团质量有所保证，更好的满足产品需求。
[0022]优选地，所述负极原料与所述粘结剂混合均匀后，向混合后的物料中加入占所述负极原料与所述粘结剂总质量的10％
‑
30％的水搅拌均匀，得到湿物料，再对湿物料进行球团化处理，得到球形混合物。
[0023]负极材料和粘结剂混合均匀后，加水制得湿物料，湿物料更利于后续球团的形成。本方案中采用物理混合的方式将水和混合后的物料搅拌均匀，具体可采用喷淋、搅拌、球磨、轮碾等混合方式。对湿物料进行球团化处理是指采用机械力作用使湿物料挤压或旋压成型；球团化处理时的设备可采用模压机、压球机、挤条机、捏合机、制丸机、成球机等。制得的球团可以是单一形状或尺寸的球团，也可为多种形状或尺寸球团的混合物；球团具体可为重量0
‑
20kg的块体、直径3
‑
50m的球体或椭球体、直径3
‑
50mm的条状或菱形体。
[0024]优选地，球团化处理后的球团包括大球团和小球团，大球团的直径为20
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极原料球团化制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：负极原料与粘结剂混合均匀后进行球团化处理，得到球形混合物；其中，所述粘结剂由有机粘结剂与无机粘结剂复合而成；热处理所述球形混合物，得到干燥硬化的球团。2.如权利要求1所述的一种负极原料球团化制备工艺，其特征在于，所述粘结剂的用量为所述负极原料用量的2％
‑
10％。3.如权利要求1所述的一种负极原料球团化制备工艺，其特征在于，所述有机粘结剂和所述无机粘结剂的重量比为4
‑
7：3
‑
6；所述无机粘结剂为熔点≥1500℃的无机粘结剂。4.如权利要求1或3所述的一种负极原料球团化制备工艺，其特征在于，所述无机粘结剂包括磷酸盐类无机粘结剂、硅酸盐类无机粘结剂、金属氧化物类无机粘结剂中的至少一种；所述有机粘结剂包括淀粉类有机物粘结剂、聚合物类有机粘结剂中的至少一种。5.如权利要求4所述的一种负极原料球团化制备工艺，其特征在于，所述磷酸盐类无机粘结剂为磷酸铝、磷酸镁、磷酸锌、聚磷酸钠或磷酸二氢铝中的至少一种，所述硅酸盐类无机粘结剂为硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂或硅溶胶中的至少一种，所述金属氧化物类无机粘结剂为氢氧化铝、氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氧化钇、氧化镧、氧化钕或氧化铈中的至少一种；所述淀粉类有机粘结剂为玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉、糊化淀粉、氧化型淀粉或酯化淀粉中的至少一种，所述聚合物类有机粘结剂为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚醋酸乙烯酯或聚乙烯醇缩甲醛中的至少一种。6.如权利要求1所述的一种负极原料球团化制备工艺，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：展盛，刘兵，周娟，张翼，
申请(专利权)人：兰州格瑞芬碳材料有限公司，
类型：发明
国别省市：