一种二次颗粒人造石墨负极材料及其制备方法技术

本申请涉及负极材料制备领域，具体涉及一种二次颗粒人造石墨负极材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：负极原料与粘结剂混合均匀，再加水搅拌得到湿物料，对湿物料进行球团化处理，得到球形混合物；其中，粘结剂由淀粉类粘结剂与沥青类粘结剂或树脂类粘结剂复合而成；热处理球形混合物，得到干燥硬化的球团，再进行石墨化；对石墨化后的球团进行粉碎筛分，得到二次颗粒人造石墨负极材料。将粘结剂和负极原料粉体混合后进行球团化和石墨化处理，球团在石墨化后仍有部分物料粘接，经粉碎打散、筛分后得到二次颗粒人造石墨负极产品，与传统生产过程相比，减少了造粒工序，可以大幅度降低生产成本，改善了材料的倍率和循环性能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种二次颗粒人造石墨负极材料及其制备方法


[0001]本申请涉及负极材料制备
，具体涉及一种二次颗粒人造石墨负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]人造石墨具有循环性能、大倍率充放电效率和电解液相容性好等显著优势，是目前主流的负极材料。随着动力及储能市场的爆发式增长，市场对人造石墨提出倍率性能更好、寿命更长、成本更低的新需求，为了改善材料的倍率和循环性能，造粒是重要的工艺环节，造粒后形成的二次颗粒，不但可以增加嵌锂点位、改善倍率性能，而且可以降低极片膨胀、延长使用寿命。为降低成本，新型石墨化方式如箱体炉、连续炉正在逐渐成熟并成为主流。新型石墨化对原料前工序提出透气性好、堆积密度大等新要求，而传统粉碎、造粒等前工序并不能很好契合这些新的工艺要求。
[0003]传统造粒工艺是将单颗粒原料和固态或液态粘结剂在反应釜内机械搅拌并加热，完成单个颗粒向多个颗粒结构的搭建。如中国专利CN109956471A提供一种用于石墨负极材料造粒的工艺方法，该方法将碳源粉体投入反应釜进行搅拌升温，再将液体粘结剂或包覆剂喷雾至搅拌中的粉体表面进行造粒，提高了负极产品后期的加工性能和使用性能，但该方法工艺复杂，仅适用于传统艾奇逊炉石墨化，无法与箱体炉、连续炉等新型石墨化方式形成联动。

技术实现思路

[0004]本申请的主要目的是提供一种二次颗粒人造石墨负极材料及其制备方法，旨在解决现有的负极材料的制备需经过造粒，制备步骤复杂，后续石墨化可适用的方式较窄的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本申请提出一种二次颗粒人造石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：负极原料与粘结剂混合均匀，再加水搅拌得到湿物料，对湿物料进行球团化处理，得到球形混合物；其中，所述粘结剂由淀粉类粘结剂与沥青类粘结剂或树脂类粘结剂复合而成；
[0006]热处理所述球形混合物，得到干燥硬化的球团，再进行石墨化；
[0007]对石墨化后的球团进行粉碎筛分，得到所述二次颗粒人造石墨负极材料。
[0008]本方案采用的粘结剂由淀粉类粘结剂和沥青类粘结剂混合而成，或淀粉类粘结剂和树脂类粘结剂混合而成，上述粘结剂对石墨化前后的负极原料粉体均起到粘接作用，使高温制得的成品中仍有部分物料粘接，所以得到的产品为二次颗粒负极产品。
[0009]传统的制备工艺是将物料和粘结剂混合，在600℃左右的反应釜中搅拌，然后再进行石墨化，得到二次颗粒负极产品；本方案则直接将物料和粘结剂混合后进行球形化，再放入石墨化炉中进行石墨化，即可得到二次造粒产品，减少了传统的造粒工序，降低了成本；同时，除去可采用传统的艾奇逊炉进行石墨化外，还可以采用箱体炉、连续石墨化炉来进行
石墨化等，适用范围更广。
[0010]本方案中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。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，水和混合后的物料同样采用物理混合的方式，如可采用喷淋、搅拌、球磨、轮碾；之后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。最后将制得的球团进行石墨化，再对其进行粉碎后，得到二次颗粒人造石墨负极材料。
[0011]优选地，所述淀粉类粘结剂为天然水溶性淀粉；所述沥青类粘结剂为水溶性沥青；所述树脂类粘结剂为水溶性树脂。本方案中采用的粘结剂均为水溶性粘结剂，可以直接溶于水中，有利于后续的球团化处理，同时可使制得的二次颗粒人造石墨负极材料性能较佳。
[0012]优选地，所述天然水溶性淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉、糊化淀粉、氧化型淀粉、酯化淀粉中的至少一种；所述水溶性沥青为磺化沥青；
[0013]所述水溶性树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、水性环氧树脂、水性聚酯树脂中的至少一种。采用上述具体粘结剂时，获得的产品性能改善效果最好。
[0014]优选地，所述淀粉类粘结剂和所述沥青类粘结剂或所述树脂类粘结剂的重量比为3
‑
5：3
‑
6。通过对淀粉类粘结剂以及沥青类粘结剂或树脂类粘结剂用量的调整，使形成的粘结剂可适应各种不同的负极原料和石墨化条件，适应范围更广。
[0015]优选地，所述粘结剂与所述负极原料的质量比为100：(5
‑
30)。本方案中的粘结剂用量较少，制得的二次颗粒人造石墨负极材料质量较佳。
[0016]优选地，热处理后的所述球团挥发分低于3％，水分低于2％；所述热处理步骤为自然晾晒干燥或加热干燥。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，其余热处理方式可采用烘箱、烘干窑、回转窑等设备。
[0017]优选地，加热干燥时加热至90
‑
150℃；或，加热干燥时加热至700
‑
1200℃。加热至700
‑
1200℃时，二次颗粒人造石墨负极材料具有较好的性能。
[0018]优选地，所述负极原料为石油焦、沥青焦、针状焦、中间相炭微球、煤、天然石墨中的至少一种经破碎制得的粉碎料。上述负极原料可进行碳化或不进行碳化。
[0019]优选地，所述负极原料的粒径为5
‑
18μm，挥发份为0
‑
14％。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。
[0020]优选地，加水搅拌时，所述负极原料与所述粘结剂的混合物总质量与所述水的质量比为100:(10
‑
40)。
[0021]除此之外，本专利技术还公开一种二次颗粒人造石墨负极材料，由上述任一项二次颗粒人造石墨负极材料的制备方法制备得到。
[0022]本申请的二次颗粒人造石墨负极材料的制备方法具有如下有益效果：本方案直接将粘结剂和负极原料粉体混合后进行球团化和石墨化处理，球团在石墨化后仍有部分物料粘接在一起，经粉碎打散、筛分后得到二次颗粒人造石墨负极产品。与传统生产过程相比，减少了造粒工序，可以大幅度降低生产成本，改善了材料的倍率和循环性能。另外，负极原料粉体通过球团化处理挤压成型，可以提高球团体密度、提高装炉量，同时改善透气性，有
利于挥发分气体的溢出，极大减少新型石墨化作业过程中存在的安全隐患。
具体实施方式
[0023]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0024]本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次颗粒人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：负极原料与粘结剂混合均匀，再加水搅拌得到湿物料，对湿物料进行球团化处理，得到球形混合物；其中，所述粘结剂由淀粉类粘结剂与沥青类粘结剂或树脂类粘结剂复合而成；热处理所述球形混合物，得到干燥硬化的球团，再进行石墨化；对石墨化后的球团进行粉碎筛分，得到所述二次颗粒人造石墨负极材料。2.如权利要求1所述的一种二次颗粒人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述淀粉类粘结剂为天然水溶性淀粉；所述沥青类粘结剂为水溶性沥青；所述树脂类粘结剂为水溶性树脂。3.如权利要求2所述的一种二次颗粒人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述天然水溶性淀粉为玉米淀粉、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；所述水溶性沥青为磺化沥青；所述水溶性树脂为水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、水性醇酸树脂、水性环氧树脂或水性聚酯树脂中的至少一种。4.如权利要求1所述的一种二次颗粒人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述淀粉类粘结剂和所述沥青类粘结剂或所述树脂类粘结剂的重量比为3
‑
5：3
‑
6。5.如权利要求1所述的一种二次颗粒人造石墨负极材料的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：展盛，曾冬青，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：