[发明专利]一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法及装置

说明书

本发明一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法及装置，该方法是以沥青为原料，将沥青与石油重质组分混合，混合料送入焦化塔焦化，得到短程有序片状结构的负极焦，所述负极焦再经过破碎、筛分，进入热处理工序降体积增密度，最后经石墨化后得到锂离子电池用负极材料。本发明所制备的负极材料前驱体焦炭结构是各向同性，可以在负极材料生产中省去造粒工艺，用于锂离子电池后锂离子可以从多个方向嵌入、应力也向各个方向去分散，实现高倍率、低膨胀和长循环寿命。本发明中的热处理工序降体积增密度可有效提高石墨化炉利用率，此工艺可实现原料成本低、工艺简单、负极焦各向同性，形成的负极材料倍率性能优异。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料生产技术领域，尤其涉及一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法及装置。

背景技术

锂离子电池在消费电子、电动汽车、储能材料等领域获得了广泛应用，随着消费电子类产品的更新换代、新能源汽车产业的蓬勃发展、智能电网的迅速推广以及其它技术领域对高性能电池的旺盛需求，锂离子电池产业必将在未来较长时间内持续高速发展，这也为锂电负极材料产业的发展提供了很大的机遇，但同时也提出了更高的要求。

负极材料是锂离子电池重要的组成部分，其性能影响锂离子电池的安全性、比容量、倍率性能、循环寿命、高低温性能等关键指标，是锂离子电池的关键材料之一。随着动力电池及电子产品对电池容量、寿命、安全性等方面要求越来越高，高性能、低成本负极材料的需求将成为未来发展趋势。石墨类负极材料生产过程中，通过造粒工艺来降低人造石墨取向性和循环膨胀，增加锂离子扩散通道，从而改善倍率性能和容量。造粒工艺是将大颗粒焦炭破碎，然后再用沥青等粘结剂粘结起来重新形成大的焦炭颗粒，从而使粉体材料达到各向同性。如果负极材料用焦炭结构是各向同性，可以在负极材料生产中省去造粒工艺，形成锂离子电池后锂离子同样可以从多个方向嵌入、应力也向各个方向去分散，实现高倍率、低膨胀和长循环寿命。随着新能源汽车相关政策的调整，负极材料产业链均面临降成本压力，人造石墨产品的成本构成中，石墨化成本占据直接成本的50％以上，要使负极材料成本降低，最直接的方法是优化石墨化工艺，或者提升石墨化产品收率。所以在保证锂离子电池容量的基础上，开发一种倍率性能优良、循环性能好且成本低的锂离子电池负极材料具有重要意义。

另外，石油重质化趋势日益严重，超过石油总量10％的极重组分无法通过现有技术转化为轻质组分，将这部分碳氢高的重质组分转化为炭材料是一种重要的利用途径。石油重质组分主要包含胶质和沥青质，由碳氢比较高的大分子组成，石油重质组分的充分利用和高效转化对于石油炼制工艺的综合配置和资源合理利用愈发重要。

发明内容

本发明提供了一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法及装置，所制备的负极材料前驱体焦炭结构是各向同性，可以在负极材料生产中省去造粒工艺，用于锂离子电池后锂离子可以从多个方向嵌入、应力也向各个方向去分散，实现高倍率、低膨胀和长循环寿命。本发明中的热处理工序降体积增密度可有效提高石墨化炉利用率，此工艺可实现原料成本低、工艺简单、负极焦各向同性，形成的负极材料倍率性能优异。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种低成本短程有序片状结构负极材料的制备方法，该方法是以沥青为原料，将沥青与石油重质组分混合，混合料送入焦化塔焦化，得到短程有序片状结构的负极焦，所述负极焦再经过破碎、筛分，进入热处理工序降体积增密度，最后经石墨化后得到锂离子电池用负极材料。

具体包括以下步骤：

1)负极焦的形成：将沥青与石油重质组分的混合物料送入加热炉加热，产生的油气从焦化塔塔底送入塔内进行焦化反应，得到的短程有序片状结构负极焦，焦化塔顶生成的油气进入闪蒸分馏塔，并在闪蒸分馏塔的顶部对高温油气进行冷却，实现部分回流，分馏塔塔顶轻组分进入轻油接收罐，分馏塔塔底的重馏分油进入重油接收罐或循环输送到沥青原料罐；