本发明专利技术涉及一种高效调控中间相炭微球粒径的方法，其特征在于，调整物料中的原生喹啉不溶物(QI)含量以制得所需中位粒径(D50)的中间相炭微球，其中，所述物料选自沥青、重质油的任一种或其组合，优选所述沥青选自煤焦油、中温煤沥青、二次煤沥青、石油沥青、二次石油重质油、蒽油、多环芳烃的任一种或其组合。本发明专利技术还涉及一种制备中间相炭微球的成套装置与催化剂预处理装置。本发明专利技术通过调整原料中原生喹啉不溶物的含量来调控制备所得中间相炭微球的中位粒径，制备所得中间相炭微球的D50集中，可有效避免后续筛分导致的收率降低，从而具有较高的收率和较低的生产成本，并保证和提高中间相炭微球的性能，并可克服催化剂与原料混合不均、局部过热、催化反应过于剧烈所导致的混合液喷槽起火等缺陷，具有操作简单、无粉尘、制备成本低、防止环境污染等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种调节或控制中间相炭微球粒径的方法及生产中间相炭微球的装置。
技术介绍
中间相炭微球为具有石墨结构的新型储能材料，具有独特的层状结构和优异的锂离子嵌入-脱嵌性能、良好的结构稳定性、与电解液的兼容性、技术成熟性、高倍率放电性能、高安全性等优良性能和突出优点，成为目前最重要的锂离子动力电池负极材料。不同粒径的中间相炭微球产品具有不同的用途，且直接与锂离子动力电池的电化学性能(包括动力电池的倍率性、功率性或功率倍率兼顾性等)相关。已有文献(电源技术23 (5)，251 (1999);金属材料与冶金工程35 (5)，8 (2007))报导，中位粒径(D5tl)较小的中间相炭微球的颗粒度小，单位面积负荷电流少，降低了过电位，而较高的表面积提供了更多的迁移通道，使锂离子迁移距离降低，扩散阻抗减少，倍率性能较好；中位粒径(D5tl)较大的中间相炭微球，材料结晶度高，循环稳定，具有高比容量、功率性能较好等优点；中位粒径(D5tl)适中的中间相炭微球则可兼顾电池的功率性和倍率性等性能。原料和热缩聚条件对炭质中间相的形成和发展均有一定程度的影响，其中，影响因素包括原料种类、热缩聚温度、反应压力和保温时间等。已有文献(JP07-126659 ;Carbon35(7),875(1997))报导，向煤焦油、浙青或萘催化合成浙青中加入炭黑(即类原生喹啉不溶物的添加剂)，可以提高中间相炭微球的收率，还可控制中间相炭微球的尺寸，并使之均匀分布。原料中的喹啉不溶物包括原生喹啉不溶物(QI)与次生喹啉不溶物。原生喹啉不溶物的成分包括无机喹啉不溶物和有机喹啉不溶物，并与炼焦煤的种类和性质、炼焦炉的结构和状态、装煤方法、焦油氨水和焦油渣的分离方法等相关，其中，无机喹啉不溶物是指煤中的灰分颗粒和炼焦过程中落入煤焦油中的其他无机物，这些成份不能在煤焦油储存过程中沉降除去；有机喹啉不溶物是在炼焦时煤热解生成的热解产物热聚合形成的大分子芳烃，其性质与碳黑类似。在中间相炭微球的生产过程中，原生喹啉不溶物起着促进中间相成球的作用，并影响中间相炭微球的聚结和结晶等方面。已有文献(Journal ofMaterials Science 29,4757(1994) ； Journal of Fuel Chemistry and Technology 23 (I), 66 (1995))报导，通过控制浙青中的一次喹啉不溶物含量来控制中间相炭微球的生成和长大，并研究了不同喹啉不溶物的特性及其对中间相转化过程的影响，并指出原生喹啉不溶物属于非晶态结构，在中间相形成过程中吸附于中间相球体表面，可阻碍中间相球体的融并、长大，促使大量晶核生成，使得中间相形成活化能明显降低，中间相小球体出现较早，球体多且小。然而，至今未见通过调整中间相炭微球的原料中原生喹啉不溶物的含量达到调整中间相炭微球粒径的研究报导。此外，已有的中间相炭微球制备方法包括热缩聚法、乳液法、悬浮法等。其中，乳液法由日本的 Kodama 等(Kodama M, Fujirua T, Esumi K et al. Carbon, 1988, 26 (4) :595)所开发，该方法先将稠环芳烃化合物溶于一定量的热稳定介质(如硅油)中，经热处理后，将乳化成的中间相小球体再经过炭化和石墨化处理，即得中间相炭微球材料制品，该方法对热稳定介质的要求较高，并且，为了让中间相炭微球在炭化过程中保持一定的形状和结构，中间相炭微球在炭化前多需要进行氧化处理，故存在工艺流程复杂、设备繁多，难以实现规模化生产等缺陷。悬浮法(Lu Yonggen,Ling Licheng et al. Preparation ofcarbonmicrobeads from pitch and resin by suspention,新型炭材料，2001,16 (6) :1-5)先将中间相浙青溶于有机溶剂中，利用表面活性剂与水或其他溶剂组成悬浮液，在一定温度下强力搅拌，使中间相浙青成球，然后加热除去有机溶剂，经冷却、滤析、预氧化、炭化后，即得。同乳化法相比，悬浮法使用了表面活性剂，能够有效防止中间相小球的凝结和结絮，并通过控制温度和搅拌速度，以控制中间相小球体的粒径，该方法要求使用可溶性中间相浙青，且工艺条件控制难度大。热缩聚法(CN02116840. 7、CN101811694A等)公开了加入合适的催 化剂，与浙青在一定温度和压力下进行热缩聚反应，反应结束后进行洗涤、分离、炭化、石墨化等过程，即得中间相炭微球，该方法中通过加入催化剂以加快反应速度，提高反应收率，并降低生产成本，而成为目前中间相炭微球的主要制备方法。但是，该方法存在催化剂加入不便，且加入耗时长，并因催化剂的团聚与结块、原料与催化剂的混合不均、热缩聚反应局部过热等问题，而导致催化反应过于激烈、混合液喷槽起火等安全隐患。因此，如何有效解决热缩聚法的安全性也成为人们迫切需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效调控中间相炭微球粒径的方法，其特征在于，调整物料中的原生喹啉不溶物(QI)含量以制得所需中位粒径(D50)的中间相炭微球，其中，所述物料选自浙青、重质油的任一种或其组合，优选所述浙青选自煤焦油、中温煤浙青、二次煤浙青、石油浙青、二次石油重质油、蒽油、多环芳烃的任一种或其组合。本专利技术的优选技术方案中，物料中的原生喹啉不溶物含量为I 10%。本专利技术的优选技术方案中，原料中原生喹啉不溶物的含量在1-3%时，制备所得中间相炭微球的中位粒径为25-40微米。本专利技术的优选技术方案中，原料中原生喹啉不溶物的含量在3-6% (不包含3% )时，制备所得中间相炭微球的中位粒径为15-25微米。本专利技术的优选技术方案中，原料中原生喹啉不溶物的含量在6-10% (不包含6%)时，制备所得中间相炭微球的中位粒径为2-15微米。本专利技术的优选技术方案中，中间相炭微球的制备步骤包括I)测定原料中原生喹啉不溶物(QI)的含量；2)在原料中加入催化剂进行热缩聚反应，在合适的反应温度和反应压力下，制得中间相小球前驱体，再将中间相小球前躯体进行炭化和石墨化处理，得到锂离子动力电池与储能电池用负极材料。本专利技术的优选技术方案中，所述催化剂选自对甲苯磺酸、铁的金属氧化物、镍的金属氧化物、钴的金属氧化物、铝的金属氧化物、铁的硝化物、镍的硝化物、钴的硝化物、铝的硝化物的任一种或其组合，优选为三氯化铝、二茂铁、氧化铁、对甲苯磺酸的任一种或其组口 O本专利技术的优选技术方案中，所述合适的反应温度为200 600°C，优选为350 450。。。本专利技术的优选技术方案中，所述合适的反应压力为1.0*106 I. 0*107Pa，优选为5. 0*106 7. 0*106Pa。本专利技术的优选技术方案中，所述热缩聚反应的时间为2 12小时，优选为3-9小时。本专利技术的优选技术方案中，所述热缩聚反应的搅拌速度为10-200rpm，优选为60-100rpmo本专利技术的优选技术方案中，采用催化剂预处理装置对催化剂进行预处理，所述催化剂预处理装置包括筒体I、夹套2，其中，筒体上端设有加料仓3、循环消烟管5 ;筒体下端设有出料口 9 ;优选所述夹套设有进水口 14、出水口 15。本专利技术的优选技术方案中，加料仓3下端设置加本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨红强，苗艳丽，李花，李福华，
申请(专利权)人：天津市贝特瑞新能源材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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