1.本發(fā)明涉及鋰電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種鋰電池用低成本負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

2.最近十年，動力電池市場飛速發(fā)展，導(dǎo)致整個鋰電池原材料產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)出量驟增。自2020年，石墨化產(chǎn)能成為負(fù)極行業(yè)供應(yīng)鏈瓶頸，人造石墨的關(guān)鍵工序石墨化產(chǎn)能嚴(yán)重不足，制約人造石墨出貨量。石墨化加工費(fèi)用上漲50％-150％，同時導(dǎo)致石墨負(fù)極價格高漲。

3.石墨化工藝的主要作用是通過3000℃左右的高溫?zé)崽幚斫凳徒贵w或煤系焦體由熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，無序的碳原子層轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻膶訝罱Y(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)艾奇遜爐中，其實不僅石油焦或煤焦原料接受3000℃熱處理，同樣在爐中盛裝石墨材料的的坩堝也經(jīng)歷相同高溫轉(zhuǎn)變。其中石墨化坩堝是除電費(fèi)以外占據(jù)石墨化成本最高的加工消耗，同為碳制品的坩堝經(jīng)過多次高溫石墨化燒結(jié)后也應(yīng)具備了人造石墨的特性，并且優(yōu)質(zhì)的人造石墨原材料匱乏。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明的目的在于提供一種鋰電池用低成本負(fù)極材料及其制備方法，以解決背景技術(shù)中提出的問題。

5.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

6.一種鋰電池用低成本負(fù)極材料，包括以下原料：包括石墨化坩堝碎片和輔助材料，其中，輔助材料為瀝青或者液相油。

7.在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供以下可選技術(shù)方案：

8.在一種可選方案中：所述石墨化坩堝碎片是至少一次艾奇遜爐石墨化的石墨匣缽，石墨化坩堝碎片可以是方形或者圓形不同形狀；材質(zhì)一般采用碳素制品，包括不限于一些石油煅后焦、石墨化電阻料、石墨電極碎。

9.在一種可選方案中：所述瀝青為軟化點≥200℃的高溫瀝青，瀝青加入比例范圍在3％-10％。

10.在一種可選方案中：所述液相油可以是瀝青加工的液相副產(chǎn)物，成分主要為雜環(huán)芳香烴、酮類、烴類、樹脂、瀝青、重油中的一種或多種混合物，粘度在100-1000mm2/s，殘?zhí)恐翟?％-28％，也可以是液相酚醛樹脂類硬碳；其中，液相油加入比例在3％-20％。

11.一種如上述所述的鋰電池用低成本負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

12.步驟1：將石墨化坩堝碎片輸入至破碎機(jī)中破碎，再通過磨機(jī)粉碎，經(jīng)過循環(huán)整形機(jī)改善形貌去除細(xì)粉及大顆粒；

13.步驟2：將整形后的粉體進(jìn)行除磁，得到材料a；

14.步驟3：將材料a與輔助材料均勻混合后，送入炭化爐中進(jìn)行熱處理，經(jīng)過粗碎篩分得到負(fù)極材料。

15.在一種可選方案中：上述步驟1中采用的破碎機(jī)可以是錘式破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、對輥破碎機(jī)等，坩堝片破碎后的粒度≤2cm。

16.在一種可選方案中：上述步驟1中采用的磨機(jī)可以是機(jī)械磨或者輥壓磨，尤其是坩堝料粉碎出來的粒度控制范圍10-20μm，振實密度≥0.6g/cm3，比表面積在5-20m2/g。

17.在一種可選方案中：上述步驟1中采用的循環(huán)整形機(jī)是單臺沖擊式多級分級磨，磨腔內(nèi)由多個磨盤并聯(lián)在同一個動力軸上；或者，單臺沖擊式單級分級磨，優(yōu)選的，為更好地實現(xiàn)振實目標(biāo)一般進(jìn)行三遍或者多遍分級，即多臺沖擊式單級分級磨串聯(lián)，串聯(lián)數(shù)量是3臺-20臺；不僅可以去除細(xì)粉和大顆粒，同時能夠去除顆粒表面的粉刺和棱角，改善顆粒的形貌和球形度，提升振實；特別地，整形出來的粒度控制范圍10-20μm，振實密度≥0.8g/cm3，比表面可下降至≤12m2/g。

18.在一種可選方案中：上述步驟2中采用的除磁手段可以是電除磁或者除磁效果更加顯著的設(shè)備，優(yōu)選的坩堝料除磁水平為≤10000ppb。

19.在一種可選方案中：上述步驟3中采用的混合設(shè)備可以是高速vc或者機(jī)械融合機(jī)；重點實現(xiàn)固固相或者固液相均勻混合即可。

20.在一種可選方案中：上述步驟3中采用的炭化爐可以是輥道窯、推板窯、隧道窯中的一種或多種；優(yōu)選的，炭化熱處理溫度為800-1300℃，升溫時間4-8h，保溫時間4-8h，降溫時間4-8h。

21.在一種可選方案中：上述步驟3中粗碎使用棒銷式磨機(jī)，對材料表面?zhèn)π?；篩分使用200-400目篩網(wǎng)，得到的材料b粒度控制d50在10-20μm，振實密度≥0.9g/cm3，比表面積≤3m2/g，容量≥345mah/g，首效≥90％。

22.相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

23.本發(fā)明工藝成本極低，通過艾奇遜爐裝填材料的石墨化坩堝制備適合鋰電池負(fù)極應(yīng)用的石墨材料，與常規(guī)人造石墨材料相比節(jié)省了能耗極高的石墨化工序，同步緩減石墨化產(chǎn)能瓶頸；

24.本發(fā)明在于艾奇遜爐輔料價值提升利用的同時豐富了負(fù)極市場低成本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，由此可節(jié)省常規(guī)人造石墨原材料的消耗，緩解人造石墨產(chǎn)品原材料匱乏的現(xiàn)狀。

附圖說明

25.圖1為實施例一所制得的充放電曲線圖。

26.圖2為實施例一所制得的低成本負(fù)極材料的電鏡圖。

27.圖3為實施例一所制得的低成本負(fù)極材料的x射線衍射譜圖。

具體實施方式

28.為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明所列舉的各實施例僅用以說明本發(fā)明，并非用以限制本發(fā)明的范圍。對本發(fā)明所作的任何顯而易知的修飾或變更都不脫離本發(fā)明的精神與范圍。

29.實施例一

30.本發(fā)明實施例提供了一種鋰電池用低成本負(fù)極材料的制備方法，該方法包括以下

步驟：

31.步驟1：將1噸經(jīng)歷過2次艾奇遜石墨化的坩堝砸成碎片，投入到顎式破碎機(jī)，得到0-1cm大小的碎塊，然后經(jīng)過輥壓磨粉碎，得到d50約14μm的微粉體，比表面積13.5m2/g；

32.步驟2：將粉碎后的粉體投入到?jīng)_擊式多級分級磨中，進(jìn)行去細(xì)粉和去大顆粒；得到表面圓潤的石墨顆粒，d50約為15μm，比表面積11.3m2/g；

33.步驟3：將分級后的物料進(jìn)行電除磁，所得物料磁性為4300ppb；

34.步驟4：將除磁后的物料與軟化點200的高溫瀝青按照重量比例100:6使用高速vc機(jī)混合均勻，送入推板窯中進(jìn)行炭化，炭化溫度采用1200℃，升溫時間6h，恒溫時間6h，降溫時間6h；

35.步驟5：炭化完成后的物料采用棒銷磨破碎，經(jīng)過300目篩網(wǎng)篩分，進(jìn)行粉體測試。

36.實施例二

37.本發(fā)明實施例提供了一種鋰電池用低成本負(fù)極材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

38.步驟1：將1噸經(jīng)歷過3次艾奇遜石墨化的坩堝砸成碎片，投入到顎式破碎機(jī)，得到0-1cm大小的碎塊，然后經(jīng)過輥壓磨粉碎，得到d50約16μm的微粉體，比表面積12.9m2/g；

39.步驟2：將粉碎后的粉體投入到?jīng)_擊式多級分級磨中，進(jìn)行去細(xì)粉和去大顆粒；得到表面圓潤的石墨顆粒，d50約為17.5μm，比表面積9.3m2/g；

40.步驟3：將分級后的物料進(jìn)行電除磁，所得物料磁性為5700ppb；

41.步驟4：將除磁后的物料與軟化點250的高溫瀝青按照重量比例100:5使用機(jī)械融合機(jī)高速混合均勻，送入輥道窯中進(jìn)行炭化，炭化溫度采用1150℃，升溫時間6h，恒溫時間6h，降溫時間6h；

42.步驟5：炭化完成后的物料采用棒銷磨破碎，經(jīng)過300目篩網(wǎng)篩分，進(jìn)行粉體測試。

43.實施例三

44.步驟1：將1噸經(jīng)歷過3次艾奇遜石墨化的坩堝砸成碎片，投入到對輥破碎機(jī)，得到0-2cm大小的碎塊，然后經(jīng)過機(jī)械磨粉碎，得到d50約18μm的微粉體，比表面積11.6m2/g；

45.步驟2：將粉碎后的粉體投入到?jīng)_擊式單級分級磨中，使用10臺串聯(lián)，進(jìn)行去細(xì)粉和去大顆粒；得到表面圓潤的石墨顆粒，d50約為19.1μm，比表面積8.2m2/g；

46.步驟3：將分級后的物料進(jìn)行電除磁，所得物料磁性為6900ppb；

47.步驟4：將除磁后的物料與液相酚醛樹脂硬碳按照重量比例100:5使用機(jī)械融合機(jī)高速混合均勻，送入輥道窯中進(jìn)行炭化，炭化溫度采用1150℃，升溫時間6h，恒溫時間6h，降溫時間6h；

48.步驟5：炭化完成后的物料采用棒銷磨破碎，經(jīng)過300目篩網(wǎng)篩分，進(jìn)行粉體測試。

49.測驗：

50.以上三個實例制得的粉體進(jìn)行基礎(chǔ)指標(biāo)扣電電化學(xué)性能測驗，對比例采用常規(guī)人造石墨單顆粒產(chǎn)品，測試結(jié)果如下表以及附圖1-3：

[0051][0052][0053]

由上述可知采用本發(fā)明方法工藝成本極低，通過艾奇遜爐裝填材料的石墨化坩堝制備適合鋰電池負(fù)極應(yīng)用的石墨材料，與常規(guī)人造石墨材料相比節(jié)省了能耗極高的石墨化工序，同步緩減石墨化產(chǎn)能瓶頸。相對于常規(guī)的人造石墨各種基礎(chǔ)指標(biāo)扣電電化學(xué)性能相近。

[0054]

以上所述，僅為本公開的具體實施方式，但本公開的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本公開揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本公開的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本公開的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。技術(shù)特征：

1.一種鋰電池用低成本負(fù)極材料，其特征在于，包括以下原料：包括石墨化坩堝碎片和輔助材料，其中，輔助材料為瀝青或者液相油。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池用低成本負(fù)極材料，其特征在于，所述石墨化坩堝碎片是至少一次艾奇遜爐石墨化的石墨匣缽。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池用低成本負(fù)極材料，其特征在于，所述瀝青為軟化點≥200℃的高溫瀝青，瀝青加入比例范圍在3％-10％。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池用低成本負(fù)極材料，其特征在于，液相油為瀝青加工的液相副產(chǎn)物或者液相酚醛樹脂類硬碳，液相油加入比例在3％-20％。5.一種如權(quán)利要求1-4任一項所述的鋰電池用低成本負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟s1：將石墨化坩堝碎片輸入至破碎機(jī)中破碎，再通過磨機(jī)粉碎，經(jīng)過循環(huán)整形機(jī)改善形貌去除細(xì)粉及大顆粒；步驟s2：將整形后的粉體進(jìn)行除磁，得到材料a；步驟s3：將材料a與輔助材料均勻混合后，送入炭化爐中進(jìn)行熱處理，經(jīng)過粗碎篩分得到負(fù)極材料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池用低成本負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中的破碎機(jī)為錘式破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)或?qū)伷扑闄C(jī)，且石墨化坩堝碎片破碎后的粒度≤2cm。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池用低成本負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中采用的磨機(jī)為機(jī)械磨或者輥壓磨，其中，石墨化坩堝碎片粉碎出來的粒度控制范圍10-20μm，振實密度≥0.6g/cm3，比表面積在5-20m2/g。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池用低成本負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述循環(huán)整形機(jī)是單臺沖擊式多級分級磨，磨腔內(nèi)由多個磨盤并聯(lián)在同一個動力軸上，整形出來的粒度控制范圍10-20μm，振實密度≥0.8g/cm3，比表面可下降至≤12m2/g。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池用低成本負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中炭化爐為輥道窯、推板窯、隧道窯中的一種或多種；其中，炭化熱處理溫度為800-1300℃，升溫時間4-8h，保溫時間4-8h，降溫時間4-8h。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池用低成本負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中粗碎使用棒銷式磨機(jī)，篩分采用200-400目篩網(wǎng)，其中，負(fù)極材料的粒度控制d50在10-20μm，振實密度≥0.9g/cm3，比表面積≤3m2/g，容量≥345mah/g，首效≥90％。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種鋰電池用低成本負(fù)極材料的制備方法，涉及鋰電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括以下步驟：步驟S1：將石墨化坩堝碎片輸入至破碎機(jī)中破碎，再通過磨機(jī)粉碎，經(jīng)過循環(huán)整形機(jī)改善形貌去除細(xì)粉及大顆粒；步驟S2：將整形后的粉體進(jìn)行除磁，得到材料A；步驟S3：將材料A與輔助材料均勻混合后，送入炭化爐中進(jìn)行熱處理，經(jīng)過粗碎篩分得到負(fù)極材料。本發(fā)明在于艾奇遜爐輔料價值提升利用的同時豐富了負(fù)極市場低成本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，由此可節(jié)省常規(guī)人造石墨原材料的消耗，緩解人造石墨產(chǎn)品原材料匱乏的現(xiàn)狀。材料匱乏的現(xiàn)狀。材料匱乏的現(xiàn)狀。

技術(shù)研發(fā)人員：龐成志 許曉落 安靜 劉暢

受保護(hù)的技術(shù)使用者：山西尚太鋰電科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.12.09

技術(shù)公布日：2023/3/28