人造石墨材料的預處理方法及所得產品和應用的製作方法

2023-06-20 16:49:56

人造石墨材料的預處理方法及所得產品和應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種人造石墨材料的預處理方法及所得產品和應用。該預處理方法包括下述步驟：①將人造石墨材料乾燥，之後打粉；②將步驟①得到的材料混料，之後過篩即可；所述乾燥的溫度為100℃-150℃，所述乾燥的終點為以水分質量百分比2％以下；所述打粉的處理時間為4-10分鐘；所述打粉的轉速為20000-25000r/min；所述混料的條件為以366-435r/m轉速混料15-60分鐘。該應用為人造石墨材料在製備電池負極材料中應用。該預處理方法提高人造石墨材料振實密度，不影響材料原來粒度分布，材料形貌規整度增加，不影響容量和效率發揮，加工性能、過篩性能提高，材料安全性好，性質穩定，批次之間幾乎沒有差別。
【專利說明】人造石墨材料的預處理方法及所得產品和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種人造石墨材料的預處理方法及所得產品和應用。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著電子裝置的普及化，越來越需要性能更好的二次電池。特別令人矚目的是鋰離子電池，與鎳鎘或鎳氫電池相比，使用鋰離子電池具有更高的能量密度，更好的使用性能。目前現有技術已經針對提高電池性能進行了廣泛研究，然而隨著對電池性能要求的進一步提聞，還需要提聞電池的振實密度，從而提聞人造石墨整體的材料性能。
[0003]人造石墨材料具有很好的加工使用性能，但是存在振實密度低的缺點。人造石墨材料在生產加工過程中，一般會有後續加工分級的程序，而加工分級的生產程序會影響到材料的粒度分布，機器的加工磨 損會影響到人造石墨顆粒形貌，進而會使材料整體的振實密度降低。
[0004]振實密度是指在規定條件下容器中的粉末經振實後所測得的單位容積的質量。人造石墨的振實密度低，會影響到材料的過篩性能，振實密度高，過篩性能良好，材料容易過篩；振實密度低過篩性能不好，材料不易過篩。
[0005]為了解決上述問題，人造石墨要進行後續的表面改性處理，以提高材料的振實密度。現有技術中，一般提高人造石墨振實密度的方法主要有物料打磨融合技術，經融合設備於每分鐘300-500之間不等轉速處理10-60分鐘左右，此技術通過物料之間相互的磨合，改善單顆粒的形貌，從而提高人造石墨的振實，但是該方法屬於單純的修正顆粒形貌，沒有後續的分級或者過篩等處理，且對人造石墨物料整體沒有一個很好的把握，使人造石墨的振實密度並沒有得到很好的提高，並且，該方法也存在物料加工不均勻，表面有缺陷等問題。該現狀亟待解決。

【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題在於克服了現有技術中提高人造石墨振實密度的物料打磨融合技術僅通過物料之間相互的磨合，改善單顆粒的形貌，沒有後續處理，對人造石墨物料整體沒有一個很好的把握，使人造石墨的振實密度提高有限，還存在物料加工不均勻，表面有缺陷等問題，而提供了一種提高人造石墨材料的振實密度，不影響材料原來的粒度分布，材料形貌規整度增加，不影響容量和效率的發揮，加工性能、過篩性能提高，材料安全性好，性質穩定，批次之間幾乎沒有差別的人造石墨材料的預處理方法及所得產品和應用。
[0007]本發明的技術方案之一是，提供一種人造石墨材料的預處理方法包括下述步驟:①將人造石墨材料乾燥，之後打粉；②將步驟①得到的材料混料，之後過篩即可；其中，所述的乾燥的溫度為100°C-15(TC，所述的乾燥的終點為以水分質量百分比2%以下；所述的打粉的處理時間為4-10分鐘；所述的打粉的轉速為20000-25000r/min ;所述的混料的條件為以366-435r/m轉速混料15-60分鐘。[0008]步驟①中，所述的人造石墨材料為本領域常規各種普通人造石墨原材料。所述的人造石墨材料的粒徑可為本領域人造石墨材料的常規粒徑，較佳的，粒徑為D50體積平均粒徑 14 μ m-21 μ m,更佳的為 15 μ m-20 μ m。
[0009]步驟①中，所述的人造石墨材料的單次處理量較佳的為15-21公斤，更佳的為20公斤。
[0010]步驟①中，所述的乾燥一般在乾燥箱中操作。所述的乾燥的時間較佳的為1-3小時，更佳的為1.5-3小時。所述的乾燥的溫度較佳的為150°C。
[0011]步驟①中，所述的打粉一般在機械粉碎打粉機中操作。所述的打粉的處理時間較佳的為6分鐘；所述的打粉的轉速較佳的為23000-25000r/min。
[0012]步驟②中，所述的混料一般在高速改性混料機中操作。所述的混料的條件較佳的為以433r/m轉速混料60分鐘 。所述的混料操作之前，較佳的混料的機器進行清理，檢測沒有其他雜質為佳。
[0013]步驟②中，所述的過篩較佳的為200-250目，更佳的為過250目篩，以除去雜質和
大顆粒。
[0014]本發明步驟②過篩之後，得到的人造石墨材料在實際使用之前，按常規步驟會送檢處理。
[0015]本發明的技術方案之二是，提供前述人造石墨材料的預處理方法製得的人造石墨材料。
[0016]本發明的技術方案之三是，提供前述人造石墨材料在製備電池負極材料中的應用。所述的電池負極材料較佳的為鋰離子電池負極材料。
[0017]本發明所用試劑和原料均市售可得。
[0018]在符合本領域常識的基礎上，本發明中上述的各技術特徵的優選條件可以任意組合得到本發明較佳實例。
[0019]本發明的積極進步效果在於:
[0020]1、本發明的人造石墨材料具有以下優點:1)振實密度明顯提高；2)整體粒度分布不會受影響，大小顆粒分布的更均勻；3)形貌規整度增加，修飾的更完整均勻，不影響容量和效率的發揮；4)過篩性能提高，不影響材料的安全性能；5)性質穩定，批次之間幾乎沒有差另1J。
[0021 ] 2、本發明的人造石墨材料預處理方法簡單可行，適用於工業化生產。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為實施例2的人造石墨材料的原料的粒度分布圖。
[0023]圖2為實施例2的人造石墨材料的粒度分布圖。
[0024]圖3為實施例2的人造石墨材料處理前後的電鏡圖。
【具體實施方式】
[0025]下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，按照常規方法和條件，或按照商品說明書選擇。[0026]下述實施例中使用的人造石墨材料為上海杉杉科技有限公司生產的人造石墨類產品。
[0027]實施例1
[0028]人造石墨材料原料(記為原料A)，D50為16 μ m左右，原料共20公斤，樣品處理前檢測粒徑16.4 μ m，真密度2.24g/cm3,振實密度1.0lg/cm3。
[0029]①將人造石墨材料原料放入乾燥箱中以100°C經1.5小時乾燥至水分質量百分比2%以下；乾燥後的物料經打粉機處理，以23000r/min轉速處理時間10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0030]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為16.4 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為30分鐘,轉速400r/m ;之後過250目篩即可。
[0031]經檢測，粒徑16.4 μ m，真密度2.24g/cm3，振實密度1.03g/cm3。
[0032]實施例2
[0033]人造石墨材料原料(記為原料B)，D50為16 μ m左右，原料共20公斤，檢測粒徑16.4 μ m,真密度 2.25g/cm3,振實密度 1.0Og/cm3。
[0034]①將人造石墨材料原料放入乾燥箱中以150°C經1.5小時乾燥至水分質量百分比2%以下；乾燥後的物料經打粉機處理，以25000r/min轉速處理時間10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0035]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為16.4 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為30分鐘,轉速435r/m ;之後過250目篩即可。
[0036]經檢測，粒徑16.5 μ m，真密度2.25g/cm3,振實密度1.02g/cm3。
[0037]實施例3
[0038]人造石墨材料原料(記為原料A)，D50為16 μ m左右，原料共20公斤，樣品處理前檢測粒徑16.4 μ m，真密度2.24g/cm3,振實密度1.0lg/cm3。
[0039]①將人造石墨材料原料放入乾燥箱中以120°C經1.5小時乾燥至水分質量百分比2%以下；乾燥後的物料經打粉機處理，以20000r/min轉速處理時間10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0040]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為16.4 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為30分鐘,轉速435r/m ;之後過250目篩即可。
[0041]經檢測，粒徑16.4 μ m，真密度2.24g/cm3，振實密度1.05g/cm3。
[0042]實施例4
[0043]人造石墨材料原料(記為原料B)，D50為16 μ m左右，原料共20公斤，檢測粒徑16.4 μ m,真密度 2.25g/cm3,振實密度 1.03g/cm3。
[0044]①將人造石墨材料原料放入乾燥箱中以130°C經1.5小時乾燥至水分質量百分比2%以下；乾燥後的物料經打粉機處理，以22000r/min轉速處理時間10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0045]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為16.4μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料,時間為60分鐘,轉速435r/m ;之後過250目篩即可。
[0046]經檢測,粒徑16.6 μ m,真密度2.25g/cm3,振實密度1.10g/cm3。
[0047]實施例5
[0048]人造石墨材料原料(記為原料B)，D50為16 μ m左右，原料共20公斤，檢測粒徑16.4 μ m,真密度 2.25g/cm3,振實密度 1.03g/cm3。
[0049]①將人造石墨材料原料放 入乾燥箱中以140°C經1.5小時乾燥至水分質量百分比2%以下；乾燥後的物料經打粉機處理，以24000r/min轉速處理時間10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0050]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為16.4 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為60分鐘(此處由90min調整為60min，90min不再本發明範圍內)，轉速435r/m ;之後過250目篩即可。
[0051]經檢測粒徑16.6 μ m，真密度2.25g/cm3，振實密度1.09g/cm3。
[0052]實施例6
[0053]人造石墨材料原料，D50為14 μ m左右，原料共15公斤。
[0054]①將人造石墨材料原料放入乾燥箱中以150°C經I小時乾燥至水分質量百分比2%以下；乾燥後的物料經打粉機處理，以23000r/min轉速處理時間4分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0055]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為60min,轉速433r/m ;之後過200目篩即可。
[0056]實施例7
[0057]人造石墨材料原料，D50為21 μ m左右，原料共21公斤。
[0058]①將人造石墨材料原料放入乾燥箱中以120°C經3小時乾燥至水分質量百分比2%以下；乾燥後的物料經打粉機處理，以25000r/min轉速處理時間10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0059]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為60min,轉速366r/m ;之後過220目篩即可。
[0060]實施例8
[0061]人造石墨材料原料，D50為15 μ m左右，原料共20公斤。
[0062]①將人造石墨材料原料放入乾燥箱中以130°C經2小時乾燥至水分質量百分比2%以下；乾燥後的物料經打粉機處理，以20000r/min轉速處理時間5分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0063]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為40min,轉速400r/m ;之後過230目篩即可。
[0064]實施例9
[0065]人造石墨材料原料， D50為20 μ m左右，原料共20公斤。[0066]①將人造石墨材料原料放入乾燥箱中以140°C經2小時乾燥至水分質量百分比2%以下；乾燥後的物料經打粉機處理，以22000r/min轉速處理時間8分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0067]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為50min,轉速380r/m ;之後過240目篩即可。
[0068]對比例I
[0069]人造石墨材料原料(記為原料A)，D50為16 μ m左右，原料共20公斤，樣品處理前檢測粒徑16.4 μ m，真密度2.24g/cm3,振實密度1.0lg/cm3。
[0070]①將人造石墨材料 原料放入乾燥箱中以150°C經1.5小時乾燥至水分質量百分比2%以下；乾燥後的物料經打粉機處理，以18000r/min轉速處理時間10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0071]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為16.4 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為30分鐘,轉速350r/m ;之後過250目篩即可。
[0072]經檢測，粒徑16.3 μ m，真密度2.24g/cm3，振實密度1.00g/cm3。
[0073]對比例2
[0074]人造石墨材料原料(記為原料B)，D50為16 μ m左右，原料共20公斤，檢測粒徑16.4 μ m,真密度 2.25g/cm3,振實密度 1.0Og/cm3。
[0075]①將人造石墨材料原料放入乾燥箱中以120°C經1.5小時乾燥至水分質量百分比2%以下；乾燥後的物料經打粉機處理，以17000r/min轉速處理時間10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0076]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為16.4 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為10分鐘,轉速435r/m ;之後過250目篩即可。
[0077]經檢測,粒徑16.5 μ m,真密度2.25g/cm3,振實密度1.0lg/cm3。
[0078]對比例3
[0079]人造石墨材料原料(記為原料A)，D50為16 μ m左右，原料共20公斤，樣品處理前檢測粒徑16.4 μ m，真密度2.24g/cm3,振實密度1.0lg/cm3。
[0080]①將人造石墨材料原料放入乾燥箱中以130°C經1.5小時乾燥至水分質量百分比2%以下；乾燥後的物料經打粉機處理，以26000r/min轉速處理時間10分鐘，將大顆粒打碎，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0081]②檢查混料機的設備運行是否正常，清理混料機，確保無雜質在混料機中；將20公斤D50為16.4 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料機中混料，時間為10分鐘,轉速300r/m ;之後過250目篩即可。
[0082]經檢測，粒徑16.3 μ m，真密度2.24g/cm3，振實密度1.0lg/cm3。
[0083]效果實施例
[0084]對實施例1飛中製得的人造石墨負極材料分別進行粒徑、真密度、振實密度及灰分等項指標測試；採用半電池測試方法對實施例1飛中的人造石墨材料進行放電容量以及首次充放電效率的測試，結果均列於表1。同時還進行過篩性能檢測，結果均列於表2。
[0085]測試所使用的儀器名稱及型號為:體積平均粒徑D50，雷射粒度分布儀MS2000 ;真密度TD-1200，超級恆溫水槽SC-15 ;灰分，高溫電爐SX2-2.5_12，振實密度JZ-7 (直接用儀器測定，測定方法分別為國家標準:振實密度GB/T5162-2006/IS03953:1993，真密度GBT8330-2008)。
[0086]半電池測試方法為:人造石墨材料、含有6>/ο聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮及2%的導電炭黑按91.6:6.6:1.8的質量比例混合均勻，塗於銅箔上，將塗好的極片放入溫度為110°C真空乾燥箱中真空乾燥4小時備用。模擬電池裝配在充氬氣的德國布勞恩手套箱中進行，電解液為lMLiPF6+EC:DEC:DMC (1:1:1體積比)，金屬鋰片為對電極，電化學性能測試在美國ArbinBT2000型電池測試儀上進行，充放電電壓範圍為0.005至1.0V,充放電速率為 0.1C。
[0087]過篩性能檢測方法:將篩網折成漏鬥狀，使其包住燒杯口，並用橡皮筋套在燒杯口使其固定，將混合好的漿料倒入少許篩網(200目)上，用勺子輕輕擠壓，觀察漿料過篩情況如何。如果無法過篩，則換目數更小的篩網(如果100目仍然無法過篩，則不再過篩，再視具體情況看是否需要塗布)，選好合適的篩網後，將漿料倒入篩網上，用勺子輕輕擠壓，慢慢使漿料流入下面燒杯，當需要注意篩上物的時候可以用水衝洗篩網，然後觀察篩上物是否有大顆粒等現象。
[0088]表1各實施例的人造石墨材料的性能參數
[0089]
【權利要求】
1.一種人造石墨材料的預處理方法，其特徵在於，其包括下述步驟:①將人造石墨材料乾燥，之後打粉；②將步驟①得到的材料混料，之後過篩即可；其中，所述的乾燥的溫度為100°C -150°C，所述的乾燥的終點為以水分質量百分比2%以下；所述的打粉的處理時間為4-10分鐘；所述的打粉的轉速為20000-25000r/min ;所述的混料的條件為以366_435r/m轉速混料15-60分鐘。
2.如權利要求1所述的預處理方法，其特徵在於，步驟①中，所述的人造石墨材料的粒徑為D50體積平均粒徑14 μ m-21 μ m,較佳的為15 μ m-20 μ m。
3.如權利要求1所述的預處理方法，其特徵在於，步驟①中，所述的人造石墨材料的單次處理量為15-21公斤，較佳的為20公斤。
4.如權利要求1所述的預處理方法，其特徵在於，步驟①中，所述的乾燥的時間為1-3小時，較佳的為1.5-3小時；所述的乾燥的溫度為150°C。
5.如權利要求1所述的預處理方法，其特徵在於，步驟①中，所述的打粉的處理時間為6分鐘；所述的打粉的轉速為23000-25000r/min。
6.如權利要求1所述的預處理方法，其特徵在於，步驟②中，所述的混料的條件為以433r/m轉速混料60分鐘。
7.如權利要求1所述的預處理方法，其特徵在於，步驟②中，所述的混料操作之前，混料的機器進行清理。
8.如權利要求1所述的預處理方法，其特徵在於，步驟②中，所述的過篩為200-250目，較佳的為過250目篩。
9.一種如權利要求f `8任一項所述的人造石墨材料的預處理方法製得的人造石墨材料。
10.如權利要求9所述的人造石墨材料在製備電池負極材料中的應用；所述的電池負極材料較佳的為鋰離子電池負極材料。
【文檔編號】C01B31/04GK103723706SQ201210393185
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月16日 優先權日:2012年10月16日
【發明者】杜旭, 杜輝玉, 丁曉陽, 喬永民, 吳志紅, 胡東山, 李虹 申請人:寧波杉杉新材料科技有限公司