[发明专利]降低球形石墨比表面积的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新能源材料的加工方法，特别是一种石墨类锂离子电池负极材料的加工方法。

背景技术

自1991年Sony公司首先实现了锂离子二次电池的商品化以来，锂离子电池在移动通讯设备、便携式计算机、摄像机、照相机等小型设备中得到大量应用，也成为太阳能/风能储能发电系统、分布式电站、通讯基站、电动汽车(EV)等的关键组件，是推动新能源和环保产业发展的重要基础之一。现有技术用作锂离子电池负极材料的石墨、钛酸锂、硬碳、硅材料和合金，绝大部分还是石墨类负极材料。石墨类负极材料主要是天然石墨和人造石墨，而人造石墨又包括煤系针状焦、石油系针状焦、中间相碳微球和石油焦。早在二十世纪三十年代，我国黑龙江鸡西柳毛、山东南墅石墨矿就开始了石墨的生产加工。经过多年的发展，我国石墨及碳素制品产量快速上升，2004-2011年，石墨及碳素制品产量年复合增长率达22.12％。2011年，我国石墨及碳素制品产量为2556.17万吨，同比增长21.98％。

未经形貌加工处理的天然石墨和人造石墨由于受到形貌和含碳量的影响，一般不直接用作锂离子电池负极材料。这类材料需要经过粉碎整形工艺处理，形成具有球形、类球形和土豆形之类的形貌才可能用作锂离子电池负极材料，以提高材料的压实密度和改善材料的加工性能。石墨材料的球形度和比表面积会对材料的性能产生很大的影响。

球形石墨是以优质高碳天然鳞片石墨或者人造石墨为原料，采用粉碎和整形加工工艺对石墨进行改性处理，生产不同粒度，形似椭圆球形的石墨产品。

衡量球形石墨品质的主要指标：一是物理性能指标：中位径D50(μm)、压实密度(g/cm³)、振实密度(g/cm³)、比表面积(m²/g)、水份(％)、固定碳(％)；二是电化学性能指标：库仑效率(％)、充电容量(mAh/g)、倍率性能、循环寿命(cycles)。

许多科研人员和企业技术人员将改善天然石墨和人造石墨的球形度作为重点工作，进行了大量的研究。如专利文献CN101298326A公开的“球形石墨微粒子复合碳材料的制备方法”，以接近核纯天然石墨为原料，经PCS系统对石墨微粒子的对撞、卷曲、揉搓、密实、团聚、包覆表面处理，石墨经球形化后，其石墨微粒子的颗粒越大，比表面积越小，颗粒越小，比表面积越大。复合材料的平均粒径为3.6-30微米，比表面积为5-7.9m²/g。专利文献CN101367518A公开的“循环整形分级制备天然球形石墨的方法”，通过将天然鳞片石墨在机械粉碎机内进行初级粉碎，再连接到多台整形分级机进行循环研磨整形分级。专利文献CN 101850965 A公开的“中位径11-16μm的球形石墨及其制备方法”，采用由气流涡旋粉体细化机和旋风分离器组成的五级粉体细化机组和由气流涡旋球化机及球化分级装置组成的十四级球化机组顺序串接，石墨原料由第一个粉体细化机组进入，依次流经五个粉体细化机组和十四个球化机组后，由最后一个球化机组流出，经过粉体细化和球化过程制得球形石墨产品。

现有技术用机械、包覆的方式控制球形石墨材料的粒度和比表面积，石墨材料的球形度较差，颗粒表面缺陷影响锂离子电池负极材料的电化学性能和加工性能，且生产效率低，对环境造成污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低球形石墨比表面积的方法，要解决的技术问题是降低球形石墨的比表面积。

本发明采用以下技术方案：一种降低球形石墨比表面积的方法，将质量含碳量99.5％以上和石墨化度90.0％以上的天然石墨和/或人造石墨，采用粗粉碎、细粉碎和整形的步骤，所述细粉碎和整形步骤在50-200℃温度下进行，得到球形石墨。

本发明的整形步骤后收集球形石墨。

本发明的人造石墨为煤系针状焦、石油系针状焦、中间相碳微球和煅后石油焦。

本发明的粗粉碎，将天然石墨和/或人造石墨粗粉碎至粒度为0.2-2cm的石墨颗粒。

本发明的细粉碎，将粗粉碎后的石墨颗粒在50-200℃温度下细粉碎，得到粒度D50为5-100μm的石墨粉。

本发明的细粉碎，由2-5台串联连接的细粉碎机进行细粉碎，各细粉碎机腔体内温度相同。

本发明的整形，将细粉碎后的石墨粉在50-200℃温度下整形得到粒度D50为5-35μm的整形后石墨粉，自然降温至室温。

本发明的整形，由3-20台串联连接的整形机进行整形处理，各整形机腔体内温度相同。