一種天然石墨材料的預處理方法及所得產品和應用的製作方法

2023-05-26 10:43:21

一種天然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】本發明公開了一種天然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將天然石墨乾燥；②將步驟①得到的材料在1900-2500r/min的轉速下持續5-15分鐘進行混料融合，分級，即可。該預處理方法能夠提高天然石墨粉末的壓實密度，不會影響到材料原來粒度分布的趨勢，提高材料的形貌規整度，不影響容量和效率的發揮，處理後的天然石墨材料安全性好，性質穩定，批次之間幾乎沒有差別。
【專利說明】一種天然石墨材料的預處理方法及所得產品和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種天然石墨材料的預處理方法及所得產品和應用。
【背景技術】
[0002]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，從而提聞天然石墨整體的材料性能。
[0003]天然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。天然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天然石墨顆粒形貌，進而會使材料整體的振實密度降低。
[0004]在鋰離子電池設計過程中，壓實密度=面密度/ (極片碾壓後的厚度一集流體厚度)，單位:g/cm3 ;鋰離子動力電池在製作過程中，壓實密度對電池性能有較大的影響。一般來說，壓實密度越大，電池的容量就能做的越高，所以壓實密度也被看做材料能量密度的參考指標之一。壓實密度不光和顆粒的大小、密度有關係，還和顆粒的形貌有關係，壓實密度大的一般都有很好的粒子正態分布。可以認為，工藝條件一定的條件下，壓實密度越大，電池的容量越高。
[0005]為了解決上述問題，天然石墨要進行後續的表面改性處理，以提高材料的壓實密度。現有技術提聞天然石墨壓實密度的方法主要有提聞物料的石墨化度，石墨化度的提聞能材質更軟，更好壓，從而提高天然石墨的壓實密度。不過現有的技術存在單純提高材料的石墨化度只能使材質更軟，不會改變顆粒的形貌，顆粒的整體粒度分布不會有大的改觀，不能有效的提高壓實密度。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的天然石墨材料的顆粒表面修正不完善，壓實密度低的缺陷，提供了一種提高天然石墨材料的預處理方法及所得產品和應用。該預處理方法能夠提高天然石墨粉末的壓實密度，不會影響到材料原來粒度分布的趨勢，提高材料的形貌規整度，不影響容量和效率的發揮，處理後的天然石墨材料安全性好，性質穩定，批次之間幾乎沒有差別。
[0007]本發明通過以下技術方案解決上述技術問題。
[0008]本發明提供了一種天然石墨材料的預處理方法，其包括下述步驟:①將天然石墨乾燥；②將步驟①得到的材料在1900-2500r/min的轉速下持續5_15分鐘進行混料融合，分級，即可。
[0009]步驟①中，所述的天然石墨為本領域常規各種普通天然石墨。所述的天然石墨的D50粒徑較佳地為18-24 μ m,更佳地為19-22 μ m。[0010]步驟①中，所述的乾燥的方法和條件為本領域常規的方法和條件。所述的乾燥一般在乾燥箱中進行。所述乾燥的時間較佳地為1-4小時，更佳地為1.5-3小時。所述乾燥的溫度較佳地在100-120°C，更佳地為120°C。所述乾燥的終點以水分佔總物料質量的1%以下為準。
[0011]步驟②中，所述的混料的方法和條件為本領域常規的方法和條件。所述的混料一般在高速改性融合機中進行。所述混料的條件較佳地為在1900-2000r/min的轉速下持續8-10分鐘。按本領域常識，在進行所述的混料之前，混料的機器需進行清理、檢測，以沒有雜質為佳。
[0012]步驟②中，所述的分級的方法和條件為本領域常規的方法和條件。所述的分級較佳地為氣流分級。所述分級的目數較佳地為200-250目。所述的氣流分級較佳地採用分級機進行。所述分級機的頻率較佳地為20-25HZ，更佳地為22Hz。所述的分級目的是除去雜質和大顆粒。
[0013]本發明中，依據各處理設備的處理能力的不同，所述的天然石墨材料的單次處理量一般為1.5-3公斤，較佳地為2公斤。
[0014]本發明還提供了由所述預處理方法製得的天然石墨材料。
[0015]本發明中，所述天然石墨材料在實際使用之前，按常規步驟會送檢處理，測定所述天然石墨材料的粒徑、真密度、壓實密度、灰分、容量和效率等參數。
[0016]本發明還提供了所述天然石墨材料在製備電池負極材料中的應用。
[0017]其中，所述的電池負極材料較佳地為鋰離子電池負極材料。
[0018]本發明所用試劑和原料均市售可得。
[0019]本發明的積極進步效果在於:
[0020]1、本發明的天然石墨材料具有以下優點:
[0021]I)壓實密度明顯提高；
[0022]2)整體粒度分布不會受影響，大小顆粒分布的更均勻；
[0023]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；
[0024]4)性質穩定，批次之間幾乎沒有差別。
[0025]2、本發明的天然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】
[0026]圖1為實施例2的天然石墨原料的粒度分布圖。
[0027]圖2為實施例2所製得的天然石墨材料的粒度分布圖。
[0028]圖3為實施例2中天然石墨原料(a)和製得的天然石墨材料(b)的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0029]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。
[0030]下述實施例中使用的天然石墨材料為上海杉杉科技有限公司生產的天然石墨類
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廣叩ο[0031]下述實施例中，高速改性融合機在使用前均經過檢查和清理，設備運行正常，確保無雜質。
[0032]實施例1
[0033]天然石墨(記為原料A)，D50粒徑為18 μ m左右，原料共2公斤，預處理前檢測樣品，其D50粒徑為18.2 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.40g/cm3。
[0034]天然石墨材料的預處理方法，其包括下述步驟:
[0035]①將天然石墨放入乾燥箱中於120°C乾燥1.5小時；
[0036]②將2公斤經乾燥的D50粒徑為18.2 μ m的天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為5分鐘，轉速為1900r/m ;之後過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz，即可。
[0037]經檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為18.2 μ m,真密度為2.20g/cm3,壓實密度為1.43g/cm3。
[0038]實施例2
[0039]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為20 μ m左右，原料共2公斤，預處理前檢測樣品，其D50粒徑為20.3 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.43g/cm3。
[0040]天然石墨材料的預處理方法，其包括下述步驟:
[0041]①將天然石墨放入乾燥箱中於120°C乾燥1.5小時；
[0042]②將2公斤經乾燥的D50粒徑為20.3 μ m的天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為5分鐘，轉速為1900r/m ;之後過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz，即可。
[0043]經檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為20.2 μ m,真密度為2.20g/cm3,壓實密度為1.47g/cm3。
[0044]實施例3
[0045]天然石墨(記為原料A)，D50粒徑為18 μ m左右，原料共2公斤，預處理前檢測樣品，其D50粒徑為18.2 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.40g/cm3。
[0046]天然石墨材料的預處理方法，其包括下述步驟:
[0047]①將天然石墨放入乾燥箱中於120°C乾燥2.0小時；
[0048]②將2公斤經乾燥的D50粒徑為18.2 μ m的天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為10分鐘，轉速為1900r/m ;之後過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz。
[0049]經檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為18.1 μ m,真密度為2.20g/cm3,壓實密度為1.50g/cm3。
[0050]實施例4
[0051]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為20 μ m左右，原料共2公斤，預處理前檢測樣品，其D50粒徑為20.3 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.43g/cm3。
[0052]天然石墨材料的預處理方法,其包括下述步驟:
[0053]①將天然石墨材料放入乾燥箱中於120°C乾燥1.5小時；使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0054]②將2公斤經乾燥的D50粒徑為20.3 μ m的天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為5分鐘，轉速為2200r/m ;之後過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz。[0055]經檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為20.2 μ m,真密度為2.20g/cm3,壓實密度為1.5lg/cm3ο
[0056]實施例5
[0057]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為20 μ m左右，原料共2公斤，預處理前檢測樣品，其D50粒徑為20.3 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.43g/cm3。
[0058]天然石墨材料的預處理方法,其包括下述步驟:
[0059]①將天然石墨放入乾燥箱中於120°C乾燥1.5小時，使材料整體呈乾燥細粉狀；
[0060]②將2公斤經乾燥的D50粒徑為20.3 μ m天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為15分鐘，轉速為2500r/m ;之後過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz。
[0061]經檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為20.0 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.53g/cm3。
[0062]對比實施例1
[0063]天然石墨(記為原料A)，D50粒徑為18 μ m左右，原料共2公斤，預處理前檢測樣品，其D50粒徑為18.2 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.40g/cm3。
[0064]天然石墨材料的預處理方法，其包括下述步驟:
[0065]①將天然石墨放入乾燥箱中於120°C乾燥1.5小時；
[0066]②將2公斤經乾燥的D50粒徑為18.2 μ m的天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為5分鐘，轉速為1000r/m ;之後過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz，即可。
[0067]經檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為18.2 μ m,真密度為2.20g/cm3,壓實密度為1.40g/cm3。
[0068]對比實施例2
[0069]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為20 μ m左右，原料共2公斤，預處理前檢測樣品，其D50粒徑為20.3 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.43g/cm3。
[0070]天然石墨材料的預處理方法，其包括下述步驟:
[0071]①將天然石墨放入乾燥箱中於120°C乾燥1.5小時；
[0072]②將2公斤經乾燥的D50粒徑為20.3 μ m的天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為5分鐘，轉速為3000r/m ;之後過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz，即可。
[0073]經檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為20.1 μ m,真密度為2.20g/cm3,壓實密度為1.41g/cm3。
[0074]效果實施例
[0075]對實施例1-5和對比例1-2中的天然石墨負極材料分別進行粒徑、真密度、壓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1-5和對比例1-2中的天然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I。同時還進行過篩性能檢測，結果均列於表2。
[0076]測定方法及測定儀器:D50粒徑，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 ;真密度GBT8330-2008 ;壓實密度，壓實密度測定儀TRMD-1，壓實密度=面密度/ (極片碾壓後的厚度一集流體厚度)。[0077]半電池測試方法為:天然石墨材料、含有6~7%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。
[0078]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。
[0079]表1各實施例的天然石墨材料的性能參數
[0080]
【權利要求】
1.一種天然石墨材料的預處理方法，其包括下述步驟:①將天然石墨乾燥將步驟①得到的材料在1900-2500r/min的轉速下持續5_15分鐘進行混料融合，分級，即可。
2.如權利要求1所述的預處理方法，其特徵在於，步驟①中，所述的天然石墨的D50粒徑為 18-24 μ m。
3.如權利要求2所述的預處理方法，其特徵在於，步驟①中，所述的天然石墨的D50粒徑為 19-22 μ m。
4.如權利要求1所述的預處理方法，其特徵在於，步驟①中，所述乾燥的時間為1-4小時；所述乾燥的溫度在100-120°C。
5.如權利要4所述的預處理方法，其特徵在於，步驟①中，所述乾燥的時間為1.5-3小時。
6.如權利要求1所述的預處理方法，其特徵在於，步驟②中，所述的混料在高速改性融合機中進行；所述混料的條件為在1900-2000r/min的轉速下持續8_10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，所述的分級為氣流分級；所述分級的目數為200-250目。
8.如權利要求7所述的預處理方法，其特徵在於，步驟②中，所述的氣流分級採用分級機進行；所述分級機的頻率為20-25HZ。
9.一種如權利要求1-8任一項所述預處理方法製得的天然石墨材料。
10.如權利要求9所述的天然石墨材料在製備電池負極材料中的應用。
【文檔編號】H01M4/583GK103855396SQ201210516779
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月5日 優先權日:2012年12月5日
【發明者】張華 , 李輝, 喬永民, 丁曉陽, 杜旭, 韓家安, 楊凱 申請人:寧波杉杉新材料科技有限公司