【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子二次电池领域，尤其是关于其中使用的人造石墨负极材料。
技术介绍
1、石墨粉体作为锂离子电池的负极活性材料，具有较高的比容量，较低的还原电位，良好的电化学可逆性，低的体积膨胀率，高的电子导电率，原料来源广泛，是目前锂离子二次电池应用主流的负极材料。
2、商业化的石墨负极材料主要包括人造石墨和天然石墨；天然石墨的优点是成本低，压实密度高，主要缺点是：(1)天然石墨粉体的表面粗糙，活性位点多，比表面积大，首次充放电时在负极活性材料的表面形成sei膜的过程反应消耗浪费的锂资源较多，导致首次充放电效率低，即行业简称的首效低；(2)天然石墨的多晶体各向异性明显，sei在粉体表面反应生长后的厚度不均匀，其中较厚处的sei膜在电池充放电循环时存在开裂甚至剥离的情况，会不断消耗锂源，影响电池的循环寿命；(3)天然石墨粉体各向异性明显还会导致在充放电时负极材料的体积膨胀不容易互相抵消，电池容易鼓胀导致极组间距波动大，电池循环寿命下降较快；(4)天然石墨粉体多晶体的各向异性还导致锂离子的插入或脱出只能从天然石墨粉体多晶体的某些端面进行，导致插入或脱出的有效面积较小，电池的充放电倍率特性较差，快充时容易析锂，电池安全性不佳。
3、目前动力电池和储能电池行业主流是采用人造石墨粉体作为负极活性材料，如全部由中间相碳微球或者由煅烧后的针状焦作为原料，在2900-3100℃高温区间进行高温石墨化处理，冷却后进行粉碎整形后得到的人造石墨粉体，与鳞片状天然石墨粉体的晶体结构的晶体取向呈现各向异性特征相比，人造石墨粉体的多
4、作为动力电池和储能电池使用的长寿命负极材料，为了提高sei生长成膜的均匀性，提升电池的首效和循环寿命，某些人造石墨粉体采用核壳结构的包覆型产品结构，如采用沥青或糠醛树脂等碳素前驱体将天然石墨粉体或者针状焦粉体进行包覆改性，然后进行中温碳化及中温石墨化处理，然后粉碎后分级，制造包覆型的核壳结构的人造石墨粉体，期望得到具有低结晶度和低石墨化度的无定形碳为主的碳素材料表层，期望降低粉体表面与电解液初始接触时反应形成sei膜的厚度；传统的人造石墨包覆工艺存在以下缺点：(1)工艺复杂，产品制造周期长，整体能耗偏高；(2)包覆型人造石墨粉体材料的壳和核之间的界面强度有限，制造负极极片时在强力辊压时，包覆壳层容易被压溃，导致电池首效仍然不够满意，循环寿命存在质量波动，电池一致性也有待改善；(3)包覆无定形碳层的均匀性很难控制，在包覆以及高温碳化后需要采用粉碎工艺，粉碎后形成的粉体破裂表面具有较高的反应活性，粉碎后形成的包覆层微观上不均匀，影响粉体的比表面积和首效，sei膜的成膜均匀性不佳。
5、传统的高温石墨化及包覆后碳化/粉碎/分级制造人造石墨负极材料方法存在能耗高，生产周期长，成本高，表面包覆层不够均匀，sei膜生长不均匀等缺点，需要改进。
6、本专利技术人在中国专利申请cn202210708922.2，cn202210702022.7，cn202210889452.4，cn202310603657.6中提出了采用高低温铁水孕育方法制造人造石墨负极材料的技术方案；其中cn202210708922.2提出采用惰性气体将石墨前驱体精粉喷吹输送进铁水中，在1750-2000℃高温区间进行高温孕育，铁水的初始碳含量高于4％，降温至1250-1600℃进行低温孕育的技术方案，该方案采用气体喷吹输送粉体原料存在惰性气体消耗量大，原材料粉体不容易实现预热，对铁水存在较强的冷却作用，生产投放原材料的速度受到抑制；另外还存在碳素粉体飞扬到石墨坩埚外部造成电气短路的安全隐患。cn202210702022.7和cn202210889452.4提出采用副活塞的底部负压吸附装有石墨前驱体精粉的钢制料筒向铁水中投送原材料的技术方案，采用主/副活塞联合实现对碳素粉体压制在铁水中进行高温孕育和低温孕育的功能，在出料环节，在向真空炉外部采用负压抽吸-气力输送方式排出粉体物料时，存在粉体通过主/副活塞和石墨坩埚的配合间隙泄露到坩埚外部的问题，容易造成电气短路安全隐患；其中高温孕育的温度区间采用介于1750至2150℃或者介于1850至2150℃；1750℃以上的高温进行高温孕育处理，石墨坩埚同下部的支撑耐火材料容易发生高温还原反应，设备稳定性堪忧；低温孕育的温度区间采用介于1300-1650℃或者1350-1650℃；另外人造石墨粉体在出料用的螺旋冷却流道中流动时容易出现局部架桥堵粉现象，出料存在流动不畅的缺点，生产效率不够满意。cn202310603657.6提出采用石墨材料制作的螺旋定量输送器向铁水中直接输送原材料粉体的技术方案和采用碳纤维编织布和碳刷的两级气固分离屏障作为高温气-固密封措施来防止碳素粉体向坩埚外部的飘扬，一定程度上可以改善上述问题；但是受限于碳纤维编织布的孔径大小和碳纤维制作的碳刷的疲劳寿命，高温密封材料的透气防尘的密封可靠性，以及如何满足设备安全运行，仍是待改善的工程课题；采用螺旋定量输送器向铁水中输送碳素原材料粉体容易造成碳素粉体局部压实结团，形成碳素粉体的微多孔团聚体，在铁水中高低温孕育后，在后续的上浮排出物料的环节，碳素粉体微多孔团聚体容易夹杂较多的铁，上浮容易受到抑制，即使上浮后的碳素粉体微多孔团聚体-铁的混合物，又为后续的酸洗除铁增加较多的工作负荷。
7、针对传统高温石墨化方法制造人造石墨负极材料所存在的上述能耗高生长周期长，生成成本高等诸多缺点和不足；并针对本专利技术人上述四项有关高低温铁水孕育方法制造人造石墨负极材料专利申请中所存在的一些问题和不足，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种经济环保，制造能耗低，生成效率高，石墨化和包覆沉积在同一设备内一次性完成，生产周期快，原材料利用率高，设备运行稳定，人造石墨产品克容量大，首效高，量产稳定的钢水孕育制造人造石墨负极材料的方法与装置，具体技术方案和生产步骤阐述如下：
2、(1)向低碳含量高温钢水中投放非压实状态的碳素粉体物料
3、本专利技术采用低碳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.钢水孕育制造人造石墨负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钢水孕育制造人造石墨负极材料的方法，本专利技术的制造装置特征如下，装置上部布置的上料用的真空仓；装置的中部布置的对钢桶包装的原材料粉体进行预热功能的预热真空仓；装置的下部为真空炉，在其中的坩埚内部利用低碳含量的钢水对碳素粉体原材料实现高低温级联孕育处理，所有未经处理的碳素粉体原材料必须先经过陶瓷套管内部进入钢水中，实现碳素粉体同高温钢水的接触和润湿，高低温级联孕育处理后进入到达坩埚上部的环形出料盲区；坩埚上部的环形出料盲区配置有排料用的进气管及进气口，并配置有排料用的倾斜向上的出料管及其连接的出粉水冷螺旋输送器，用于将上浮后的人造石墨粉体向炉外排料；倾斜向上的出料管，其高度和倾斜度可以防止钢水/铁水进入到出粉水冷螺旋输送器的内部；排料用的惰性气体从坩埚的上部的进气管处导入，经过坩埚筒壁的进气口导入到坩埚上部的环形出料盲区内，在环形出料盲区内高温的气-固两相混合物通过气力输送，在负压抽吸的压差作用下先进入出料管，然后进入出粉水冷螺旋输送器，经过出粉水冷螺旋输送器的壁面的强力热交换
...【技术特征摘要】
1.钢水孕育制造人造石墨负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钢水孕育制造人造石墨负极材料的方法，本发明的制造装置特征如下，装置上部布置的上料用的真空仓；装置的中部布置的对钢桶包装的原材料粉体进行预热功能的预热真空仓；装置的下部为真空炉，在其中的坩埚内部利用低碳含量的钢水对碳素粉体原材料实现高低温级联孕育处理，所有未经处理的碳素粉体原材料必须先经过陶瓷套管内部进入钢水中，实现碳素粉体同高温钢水的接触和润湿，高低温级联孕育处理后进入到达坩埚上部的环形出料盲区；坩埚上部的环形出料盲区配置有排料用的进气管及进气口，并配置有排料用的倾斜向上的出料管及其连接的出粉水冷螺旋输送器，用于将上浮后的人造石墨粉...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，吉学文，王健，戚健，邓新建，李辉，
申请(专利权)人：深圳市钢昱碳晶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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