一種炭素粉m生產製造方法
2023-12-07 06:49:26
專利名稱：：一種炭素粉m生產製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種炭素粉M生產製造方法
技術領域：
。技術背景鋰離子電池具有相對完整產業鏈，目前，國內產業化高性能鋰離子電池負極材料生產廠家較少，主要使用天然石墨和普通石墨、天然石墨包覆處理。人造石墨雖然穩定性好，但其容量偏低，且比表面積及振實密度均不理想。MCMB其比容量也只能達到320mAh/g，極片壓實密度只能達到1.45g/cm3，並且加工性能相對複雜，流程較難控制，成本偏高，難以滿足需求。而炭素粉M專門為鋰電池行業製作，石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦精選配比，經過包覆、壓制、焙燒等工序，通過機械修飾最後加工成不同形貌，再進行摻雜配比而成。用炭素粉M製造高端鋰離子電池極具有獨特效果，雖然天然石墨經過包覆，用於較多尖端的鋰電池產品，但效果並不明顯，兩者之間相比有不少區別1、前期產品是一種價格低廉，資源豐富的石油焦為主要原材料，經多次高溫石墨化，添加特種添加劑來製造炭素粉M;2、以往高端產品多以複雜的包覆處理，主要代表產品為中間相碳微球MCMB，降低了材料容量，而且前期加工工藝相對複雜很多，加工成本較高。炭素粉M釆用機械錶面多次進行修飾整形與摻雜相結合，提高了材料Li+容量在實際電池生產應用中可以從320mAh/g提高到375mAh/g;3、炭素粉M成品形貌參次有序，可大幅度提高在電池製作過程中壓實密度，由原來的L4g/cm3提高^1.6g/cm3;4、成本低廉，性價比高，炭素粉M主要原材料為石油焦，是煉油過程中附加主品。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種炭素粉M生產製造方法，其獲得炭素粉M具有優質安全可靠、高容量，循環壽命長，而工藝方法簡單，成熟穩定，資源豐富。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種炭素粉M生產製造方法，其特徵在於步驟依次為(1)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦經過精選；(2)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦料以比例50±5:30±5:20±5加入中溫瀝青2040%，以焦重量為基準，攪拌1050分鐘時間；經過油壓機壓製成型，再在1200140(TC下焙燒，時間為12天，求得基礎材料；(3)將所得到的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間79小時，然後再在溫度2400260(TC下進行第一次高溫石墨化，時間為715天，求得第一個加工過的基礎材料；(4)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間79小時，然後再在溫度2600280(TC下進行第一次高溫石墨化，時間為715天，求得第二個加工過的基礎材料；(5)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間79小時，然後再在溫度2800320(TC下進行第一次高溫石墨化，時間為715天，求得第三個加工過的基礎材料；(6)將經過以上工序的三種加工過的基礎材料用破碎機破碎，進行分級處理；(7)然後用氣流磨粗、中、細加工逐段進行磨細處理；(8)將三種材料分別進行粒度整形修飾為層狀、類橢圓、類圓形的三種形貌；(9)將層狀、類橢圓、類圓形三種材料按4050:2030:2535重量比例進行配比並混合攪拌；(10)把上工序所得炭素粉進行至少200(TC高溫碳化處理，時間為0.51.5天，經過碳化，獲得可作為鋰離子電池的高端負極材料的炭素粉M。作為優選，步驟(2)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦料比例為50:30:20。步驟中層狀、類橢圓、類圓形三種材料按40:30:30或者50:20:30重量比例進行配比並混合攪拌。與現有技術相比，本發明的優點在於通過本方法獲得炭素粉M與傳統碳微球、普通高純石墨、普通炭素粉，天然石墨包覆比較效果明顯，具體見附表炭素粉M產品技術性能優勢tableseeoriginaldocumentpage159而工藝方法簡單，成熟穩定，資源豐富。鋰離子在充電過程中，Li+從陰極脫嵌出來經過電解液進入到陽極，負極處於富鋰狀態，正極處於貧鋰狀態，在鋰離子嵌人碳電極過程中，鋰離子捕獲電子，電子的補償電荷從外電路供給到負極，保證負極的電荷平衡。放電時發生逆反應，Li+從負極極脫嵌出來經過電解液進入到正極，即當碳中不帶電的鋰電成Li+時，電子進入到外電路，鋰離子遷移並進入到陰極，與此同時外電路提供的電子將氧化物晶格局部還原，二者形成陰極電流。在正常的充放電過程中，鋰離子在層狀結構的碳材料和層狀結構的氧化物的層間嵌人和脫出，一般只引起層面間距的變化，不破壞晶體結構，在充放電過程中，負極材料的化學結構基本不變，因此，從充放電的可逆性看，鋰離子的反應應該是一種理想的可逆反應。炭素粉M用石油焦為主原材料經過320(TC高溫石墨化，從而提高石墨化程度。鋰電池比容量越高，循環壽命越長，穩定性越好，電池充放電率越大。同樣，層間距也取決於碳的石墨化程度，石墨化程度增加可降低Li+擴散的活化能，並有利於"+的擴散。產品在磨粉之前加入一定比例添加劑，通過採用機械與摻雜相結合，用三種不同形貌及大小粒度均勻搭配等生產工藝，然後在高溫處理過程中進行高溫碳化裝置去除有機雜質。材料形狀為類球型，因為不規則圓，可大幅度提高在電池製作過程中壓實密度(極片壓實密度》1.6g/cm3)循環壽命6001000周容量保持率90%以上，大大簡化高端鋰離子負極材料工藝流程，並提高材料比容量，改善循環性能及加工性能。圖l為粒度分布圖；圖2為掃描電鏡圖；圖3為放電曲線圖；圖4為循環壽命圖；圖5為X-射線。具體實施方式以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。對比實施例子1(1)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦經過精選，除去雜質和不可混入的異物；(2)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦材料以重量比例50:30:20加入中溫瀝青2040%，進行攪拌1050分鐘時間；溫度為30060(TC可溶合。再在300噸油壓機壓製成型。然後進行1200140CTC焙燒，時間為8小時之內，求得基礎材料；(3)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在1900210(TC下進行第一次高溫石墨化，用水冷卻時間為7天，求得第一個加工後的基礎材料；(4)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在2100230(TC下進行第一次高溫石墨化，用水冷卻時間為7天，求得第二個加工後的基礎材料；(5)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在2200240(TC下進行第一次高溫石墨化，用水冷卻時間為7天，求得第三個加工後的基礎材料；以上三個加工後的基礎材料出爐發現焦轉化過程尚不是非常理想和完美；(6)將經過以上工序的三種材料用破碎機破碎，進行分級處理；(7)然後用氣流磨粗、中、細等加工逐段進行；在碾磨過程中，粒度較難控制，而且機械磨損較大；(8)分別將三種料進行粒度整形為層狀、類橢圓、類圓形；(9)將層狀、類橢圓、類圓形三種材料按50:20:30比例進行混合配比並充分攪拌;(10)把工序9所得炭素粉進行至少200(TC高溫碳化處理，時間為1天；可獲得不同粒度的炭素粉M。對炭素粉進行各項理化指標測試，表面有一定毛刺，在製作電池過程中塗布有一定困難，有大顆粒存在。對比實施例子2炭素粉M生產製造方法其步驟依次為(1)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦經過精選；除去雜質和不可混入的異物；(2)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦料以比例50:30:20加入中溫瀝青2040%，進行攪拌1050分鐘時間；溫度為30060(TC可溶合。在300噸油壓機型壓製成型。再在12001400。C下固化焙燒，時間為8小時之內，求得基礎材料；(3)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在1900210(TC下進行第一次高溫石墨化，由水冷卻改成自然冷卻；時間從原來的7天延長到10天，求得第一個加工後的基礎材料；(4)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在2300250(TC下進行第一次高溫石墨化，由水冷卻改成自然冷卻；時間從原來的7天延長到10天，求得第二個加工後的基礎材料；(5)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在24002600'C下進行第一次高溫石墨化，由水冷卻改成自然冷卻；時間從原來的7天延長到10天，求得第三個加工後的基礎材料；以上三個加工後的基礎材料出爐發現焦轉化過程比實例一要好些，從表面識別有些光亮，烏黑；(6)將經過以上工序的三種料用破碎機破碎，進行分級處理；(7)然後用氣流磨粗、中、細等加工逐段進行；在碾磨過程中，發現石墨化溫度提高，粒度加工便於控制，機械磨損也較小；(8)分別將三種料進行粒度整形為層狀、類橢圓、類圓形；(9)將層狀、類橢圓、類圓形三種材料按50:20:30比例進行混合配比並充分攪拌;(10)把工序9所得炭素粉進行至少2000'C高溫碳化處理，時間為1天；碳化後可獲得不同粒度的炭素粉M。對炭素粉進行各項理化指標測試，比前面實施例子的質量有一定提高。對比實施例子3炭素粉M.生產製造方法其步驟依次為(1)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦經過精選；除去雜質和不可混入的異物；(2)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦以重量比例50:30:20加入中溫瀝青2040%，進行攪拌1050分鐘時間；溫度為30060(TC可溶合。在300噸油壓機壓製成型。進行12001400。C焙燒，時間為12天，求得基礎材料；(3)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在1900210(TC下進行第一次高溫石墨化，用自然冷卻，時間從一周延長到14天。求得第一個加工後的基礎材料；(4)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在22002500'C下進行第一次高溫石墨化，用自然冷卻，時間從一周延長到14天，求得第二個加工後的基礎材料；(5)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在25002800'C下進行第一次高溫石墨化，用自然冷卻，時間從一周延長到14天，求得第三個加工後的基礎材料；時間上的延長發現焦轉化炭過程比實例二效果更好；(6)將經過以上工序的三種材料用破碎機破碎，進行分級處理；(7)然後用氣流磨粗、中、細等加工逐段進行；在碾磨過程中，發現隨著石墨化溫度的逐步提高，得出炭素粉就越理想；(8)分別將三種料進行粒度整形為層狀、類橢圓、類圓形；經過三種形貌搭配可以發現，要電池製作過程中塗布工藝較好控制，極片光滑及電池容量易發揮；(9)將層狀、類橢圓、類圓形三種材料按40:30:30重量比例進行混合配比並充分攪拌；(10)把工序9所得炭素粉進行至少2000'C高溫碳化處理，時間為1天；可獲得不同粒度炭素粉M。碳化後經過篩選的炭素粉從表面看實例三比實例二變化較大；炭素粉各項理化指標測試，振實密度有所提高，壓實密度及比容量逐步提高。對比實施例子4炭素粉M生產製造方法其步驟依次為(1)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦經過精選；除去雜質和不可混入的異物；(2)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦以比例50:30:20加入中溫瀝青2040%，進行攪拌1050分鐘時間；溫度為30060(TC可溶合。在300噸油壓機壓製成型。進行1200140(TC焙燒，時間為12天，求得基礎材料；(3)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在1900220(TC下進行第一次高溫石墨化，用自然冷卻，時間從一周延長到14天。求得第一個加工後的基礎材料；(4)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在2300260(TC下進行第一次高溫石墨化，用自然冷卻，時間從一周延長到14天，求得第二個加工後的基礎材料；(5)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在27003000'C下進行第一次高溫石墨化，用自然冷卻，時間從一周延長到14天，求得第三個加工後的基礎材料；時間上的延長發現焦轉化炭過程比實例三更符合要求；(6)將經過以上工序的三種材料用破碎機破碎，進行分級處理；(7)然後用氣流磨粗、中、細等加工逐段進行；在碾磨過程中，發現隨著石墨化溫度的逐步提高，得出炭素粉越接近理想指標；(8)分別將三種料進行粒度整形為層狀、類橢圓、類圓形；(9)將層狀、類橢圓、類圓形三種材料按40:30:30比例進行混合配比並充分攪拌;(10)把工序9所得炭素粉進行至少200(TC高溫碳化處理，時間為l天；碳化後經過篩選的炭素粉表面比看實例三更符合要求較理想；可獲得不同粒度炭素粉M。與前面幾次相比較更為理想，炭素粉各項理化指標測試，達到要求，並更加好；更加符合製作鋰電池負極材料要求。最佳實施例子5炭素粉M生產製造方法，其步驟依次為(1)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦經過精選；除去雜質和不可混入的異物；(2)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦以比例50:30:20加入中溫瀝青2040%，進行攪拌1050分鐘時間；溫度為300600。C可溶合。在300噸油壓機壓製成型。進行12001400。C固化焙燒，時間為12天，求得基礎材料；(3)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在24002600'C下進行第一次高溫石墨化，用自然冷卻，時間為15天，求得第一個加工後的基礎材料；(4)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在2600280CrC下進行第一次高溫石墨化，用自然冷卻，時間為15天；求得第二個加工後的基礎材料；(5)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青2040%為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力810kPa，浸焙時間8小時。然後再在2800320(TC下進行第一次高溫石墨化，用自然冷卻，時間為15天。求得第三個加工後的基礎材料；(6)將經過以上工序的三種料用破碎機破碎，進行分級處理；(7)然後用氣流磨粗、中、細等加工逐段進行；(8)分別將三種加工後的基礎材料進行粒度整形為層狀、類橢圓、類圓形；(9)將層狀、類橢圓、類圓形三種材料按40:30:30比例進行混合配比並充分攪拌；(10)把工序9所得炭素粉進行至少200(TC高溫碳化處理，或者更高的溫度下進行碳化處理，時間為l天；經過碳化，可獲得不同粒度炭素粉M，同樣比例原材料配比，在同樣的高溫下焙燒，得出不同的炭素粉形狀，經混合摻雜後就獲得較理想的炭素粉M;到生產廠使用證實，容量高、循環壽命長，大電流性能好，與電解液相溶性好，壓實密度高，受到生產廠的歡迎。基本參數見圖1-5。這裡需要說明的是，由於產品在包覆時的包覆層不同，再加之在後面的高溫石墨化溫度不同，所得的加工後的三種基礎材料的表面不同，在進行機械加工粒度時，可以用氣流磨的工藝掌握產品的形貌，使其基本上接近層狀1、類橢圓3或類圓形2形狀，就是總體上基本接近層狀、橢圓狀或圓形狀，邊緣帶有一定不規則形狀。而且步驟3、4、5的次序是可以調換的，沒有實質上影響。權利要求1、一種炭素粉M生產製造方法，其特徵在於步驟依次為(1)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦經過精選；(2)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦料以比例50±5∶30±5∶20±5加入中溫瀝青20～40％，以焦重量為基準，攪拌10～50分鐘時間；經過油壓機壓製成型，再在1200～1400℃下焙燒，時間為1～2天，求得基礎材料；(3)將所得到的部份基礎材料加入中溫瀝青20～40％為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力8～10kPa，浸焙時間7～9小時，然後再在溫度2400～2600℃下進行第一次高溫石墨化，時間為7～15天，求得第一個加工過的基礎材料；(4)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青20～40％為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力8～10kPa，浸焙時間7～9小時，然後再在溫度2600～2800℃下進行第一次高溫石墨化，時間為7～15天，求得第二個加工過的基礎材料；(5)將所得的部份基礎材料加入中溫瀝青20～40％為浸漬劑，以基礎材料重量為基準，進行第一次高壓浸焙包覆，大氣壓力8～10kPa，浸焙時間7～9小時，然後再在溫度2800～3200℃下進行第一次高溫石墨化，時間為7～15天，求得第三個加工過的基礎材料；(6)將經過以上工序的三種加工過的基礎材料用破碎機破碎，進行分級處理；(7)然後用氣流磨粗、中、細加工逐段進行磨細處理；(8)分別將三種材料進行粒度整形為層狀、類橢圓、類圓形；(9)將層狀、類橢圓、類圓形三種材料按40～50∶20～30∶25～35重量比例進行配比並混合攪拌；(10)把上工序所得炭素粉進行至少2000℃高溫碳化處理，時間為0.5～1.5天，經過碳化，獲得可作為鋰離子電池的高端負極材料的炭素粉M。2、根據權利要求1所述的炭素粉M生產製造方法，其特徵在於步驟(2)將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦料比例為50:30:20。3、根據權利要求1所述炭素粉M生產製造方法，其特徵在於所述的基礎材料是同種原料用三種不同溫度控制及工藝能製造出三種不同的基礎材料。4、根據權利要求1所述炭素粉M生產製造方法，其特徵在於所述的基礎材料進行粒度整形為層狀、類橢圓、類圓形。5、根據權利要求1所述的炭素粉M生產製造方法，其特徵在於所述的步驟(9)中層狀、類橢圓、類圓形三種材料按40:30:30或者50:20:30重量比例進行配比並混合攪拌。6、根據權利要求1所述的炭素粉M生產製造方法，其特徵在於所述的步驟(3)、(4)、(5)是可以調換的。全文摘要一種炭素粉M生產製造方法，其特徵在於步驟依次將石油焦、瀝青焦、煤瀝青焦經過精選，按50±5∶30±5∶20±5比例混合在1200～1400℃的溫度進行煅燒，破碎、篩選、壓制、焙燒、石墨化及機械加工分理、摻雜球化、高溫碳化處理，最後加工成不同形貌層狀、類橢圓、類圓形的材料，按40～50∶20～30∶30比例進行混合摻雜。最後獲得優質的炭素粉M，其特點為形貌參次有序、比容量高、循環壽命長，安全可靠，炭素粉M負極材料工藝方法簡單，成熟穩定，適合在鋰電池行業推廣應用。文檔編號H01M4/38GK101327925SQ200710069679公開日2008年12月24日申請日期2007年6月22日優先權日2007年6月22日發明者顧向宏申請人:顧向宏