一种基于石墨工业电极废料改性制备锂电池负极材料方法技术

一种基于石墨工业电极废料改性制备锂电池负极材料方法，属于碳素材料和锂离子二次能源材料的交叉技术领域。该基于石墨工业电极废料改性制备锂电池负极材料方法，以石墨工业电极废料为原料，经过除杂、粉碎，整形、包覆、炭化和后处理过程制备石墨基锂离子电池负极材料。其中，在包覆过程中添加分散剂，实现石墨颗粒表面均匀包覆碳膜，从而改善石墨表面缺陷，提高产品的性能。该方法是利用低成本工业废料为原料，采用包覆方法，能够改善材料自身缺陷，使得制备的产品具有充放电容量高、循环寿命长和倍率性能好的优点，该方法工艺过程简单，对生产设备要求不高，参数容易控制，易于推广实现产业化。产业化。产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨工业电极废料改性制备锂电池负极材料方法


[0001]本专利技术属于碳素材料和锂离子二次能源材料的交叉
，具体涉及一种基于石墨工业电极废料改性制备锂电池负极材料方法，更具体是一种石墨工业电极边角料等工业废料为原料经包覆改性等工艺方法生产出高容量锂电池负极材料的方法。

技术介绍

[0002]随着电子信息时代的到来，对移动电源的需求呈现快速增长趋势。在移动电源中，锂离子电池因具有工作电压高、比能量高、容量大、自放电小、循环性好、使用寿命长、质量轻、体积小和污染小等优点而成为移动电话、笔记本电脑等移动电子设备的理想电源，并有可能成为未来电动汽车、电动自行车等的主要动力来源之一，因此锂离子电池被称为21世纪的绿色能源和主导电源，具有广泛的民用和国防应用前景。锂离子电池的电化学性能主要取决于所用正负极材料和电解质材料的结构和性能，尤其是正负极材料的选择和质量直接决定着锂离子电池的特性和价格。廉价、高性能正负极材料的研发及选用合适的电解质一直是锂离子电池研究的重点。石墨负极材料目前仍然是锂离子电池负极主要使用的材料，其稳定的结构特性使其具有较高的容量发挥，较佳的循环稳定性，较好的低温及倍率特性，同时优异的性价比也使其在锂离子电池负极材料中需求量十分巨大，但现有的人造石墨制备成本较高，如何拓展人造石墨的原料，降低负极材料生产成本是未来生产厂家面对的问题。其中一些工业石墨废料的利用是解决方法之一，在很多石墨电极生产的厂家当中，经常产生大量的电极切削废料、石墨化残废料以及钢厂废旧电极回收料等，这些工业石墨废料由于杂质超标，一般大多作为固废处理，容易产生资源浪费。这些废料通过二次加工形成高价值的锂离子电池负极材料，实现废物利用，具有巨大的经济价值和社会效益。但是如何进行废物再次处理，才能够达到在低成本的同时，实现高性能负极材料的制备，成为了研究难点。

技术实现思路

[0003]针对现有技术提出的问题，本专利技术的目的是在于提供了一种基于石墨工业电极废料改性制备锂电池负极材料方法。通过除杂、包覆改性和炭化等工艺制备出高性能锂离子负极材料，该方法很好地解决了工业石墨电极高附加价值利用问题，通过低成本废料，有效解决了锂离子电池负极材料生产原料逐年价格走高的不足之处；通过洗选和包覆等工艺实现负极材料的高储锂容量和长循环寿命，并且很好的控制了生产成本。是一种成本低、工艺简单和高回报的锂电池负极材料制备方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]本专利技术的一种基于石墨工业电极废料改性制备锂电池负极材料方法，以石墨工业电极废料为原料，经过除杂、粉碎，整形、包覆、炭化和后处理过程制备人造石墨基锂离子电池负极材料，具体步骤如下：
[0006]S1：除杂
[0007]根据石墨工业电极废料进行除杂、干燥后备用，得到石墨前驱体；
[0008]所述的S1中，石墨工业电极废料选自石墨的质量百分含量≥95％的废料，优选为石墨电极加工边角料、电极接头加工边角料、石墨电极残废料、废旧电极回收料、钢厂石墨电极回收料、石墨电极加工粉尘料中的一种或几种。
[0009]所述的S1中，除杂根据石墨工业电极废料的状态确定，优选为常规洗选工艺。
[0010]S2：粉碎
[0011]将石墨前驱体进行破碎，得到粒径≤30μm的破碎电极废料；
[0012]S3：整形
[0013]将破碎电极废料进行球化处理，分离后，电磁除铁，得到预包覆粉体，其中，预包覆粉体的粒径D50为15～19μm；
[0014]所述的S3中，球化处理工艺为机械粉碎后球化处理，球化处理后，球化率>50％。
[0015]所述的S3中，分离优选为旋风分离或筛分。
[0016]S4：包覆
[0017]在预包覆粉体中加入分散剂，进行搅拌混合均匀；再加入包覆剂，在惰性气体保护下，以2～3℃/min的升温速度升温至包覆温度包覆4～8h，得到包覆粉体；
[0018]其中，分散剂选用矿脂、洗油或轻质煤焦油中的一种或几种；分散剂的加入量占预包覆粉体的质量百分比为0～4％，优选为2～4％；
[0019]包覆剂为不同软化点的沥青，包覆剂的加入量占预包覆粉体的质量百分比为4～8％；包覆温度根据沥青的软化点确定；优选为200～330℃。
[0020]所述的S4中，搅拌混合均匀优选预混合1～2h，搅拌混合的温度为室温～70℃。
[0021]所述的S4中，沥青选自煤沥青或石油沥青，软化点范围为120～250℃。
[0022]所述的S4中，再加入包覆剂后，还可以再进行预混合1～2h。
[0023]S5：炭化
[0024]将包覆粉体升温至600～650℃，预炭化2～3h，得到预炭化后粉体；
[0025]在惰性气体保护下，将预炭化粉体升温至炭化温度保温炭化3～6h，得到炭化后粉体；其中，炭化温度为900～1100℃；
[0026]所述的S5中，升温至炭化温度的升温速率为5～8℃/min。
[0027]S6：后处理
[0028]将炭化后粉体打散后，筛分，得到锂电池负极材料。
[0029]一种锂离子电池，包括上述锂离子负极材料，其充放电容量达到350mAh/g以上。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0031](1)所选原料可以为石墨电极加工边角料，电极接头加工边角料，石墨电极残废料和钢厂石墨电极回收料，以及石墨电极加工粉尘料等。
[0032](2)采用传统矿山洗选工艺对上述原料进行处理，可除去原料在前期加工处理带来的表面杂质，提高了产品的纯度。
[0033](3)在包覆前添加少量分散剂，如洗油或轻质煤焦油对粉体进行润湿处理，改善包覆效果，实现石墨颗粒表面均匀包覆碳膜来改善石墨表面缺陷而提高产品的性能。
[0034](4)该工艺方法实现了对各种石墨电极废料的利用，达到了资源的再利用，同时制备过程中多采用传统工艺，操作简便，易于实现，具有较高的经济价值和社会效益。
[0035](5)此工艺采用简单易控的方法有效实现高附加值锂离子电池负极材料的生产，本专利技术特色是利用低成本工业废料为原料，采用特殊包覆技术，改善材料自身缺陷，制备出的人造石墨基新型锂电池负极材料具有充放电容量高、循环寿命长和倍率性能好的优点，该方法工艺过程简单，对生产设备要求不高，参数容易控制，易于推广实现产业化，此方法具有巨大经济价值和社会效益。
附图说明
[0036]图1以石墨电极料加工边角料制备锂离子电池负极材料的可逆充放电循环曲线。
具体实施方式
[0037]下面通过实施例对本专利技术的具体过程给予明示，应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0038]以下实施例中，采用的技术方案为：
[0039]将所选的石墨工业电极废料进行选洗，干燥后备用。将上述选洗干燥后，采用机械磨进行破碎至30μm以下，然后进行球化处理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨工业电极废料改性制备锂电池负极材料方法，其特征在于，以石墨工业电极废料为原料，经过除杂、粉碎，整形、包覆、炭化和后处理过程制备石墨基锂离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述的基于石墨工业电极废料改性制备锂电池负极材料方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：除杂根据石墨工业电极废料进行除杂、干燥后备用，得到石墨前驱体；S2：粉碎将石墨前驱体进行破碎，得到破碎电极废料；S3：整形将破碎电极废料进行球化处理，分离后，电磁除铁，得到预包覆粉体；S4：包覆在预包覆粉体中加入分散剂，进行搅拌混合均匀；再加入包覆剂，在惰性气体保护下，升温至包覆温度进行包覆，得到包覆粉体；S5：炭化将包覆粉体进行预炭化，得到预炭化后粉体；在惰性气体保护下，将预炭化粉体升温至炭化温度保温炭化，得到炭化后粉体；S6：后处理将炭化后粉体打散后，筛分，得到锂电池负极材料。3.根据权利要求2所述的基于石墨工业电极废料改性制备锂电池负极材料方法，其特征在于，所述的S1中，石墨工业电极废料选自石墨的质量百分含量≥95％的废料，具体选用石墨电极加工边角料、电极接头加工边角料、石墨电极残废料、废旧电极回收料、钢厂石墨电极回收料、石墨电极加工粉尘料中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的基于石墨工业电极废料改性制备锂电池负极材料方法，其特征在于，所述的S2中，破碎电极废料的粒径≤30μm。5.根据权利要求2所述的基于石墨工业电极废料改性制备锂电池负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：安玉良，袁志刚，左继成，袁灏辰，袁霞，
申请(专利权)人：辽宁烯旺石墨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：