一种人造石墨材料及其处理方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种人造石墨材料及其处理方法和应用。该处理方法包括下述步骤：①将人造石墨材料干燥，之后打粉；②将步骤①得到的材料混料，之后过筛即可；其中，所述的干燥的时间为2-3小时；所述的打粉的处理时间为8-15分钟；所述的打粉的转速为25000-30000r/min；所述的混料的条件为以350-450r/m转速混料90-150分钟。该应用为人造石墨材料在制备电池负极材料中的应用。该处理方法降低比表面积，不影响材料原来的粒度分布，材料形貌规整度增加，不影响容量和效率的发挥，加工性能过筛性能提高，材料安全性好，性质稳定，批次之间几乎没有差别。
【专利说明】一种人造石墨材料及其处理方法和应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种人造石墨材料及其处理方法和应用。
【背景技术】
[0002]近年来，随着电子装置的微型化，越来越需要性能更好的二次电池。特别令人瞩目的是锂离子电池，与镍镉或镍氢电池相比，使用锂离子电池具有更高的能量密度，更好的使用性能。目前现有技术已经针对提高电池性能进行了广泛研究，然而随着对电池性能要求的进一步提闻，还需要进一步降低电池的比表面积，从而提闻人造石墨整体的材料性能。
[0003]人造石墨材料具有很好的加工使用性能，但是存在表面积大的缺点。人造石墨材料在生产加工过程中，一般会有石墨化和后续产品加工分级的程序。石墨化的最高温度和升温过程会很大程度上影响到人造石墨比表面积的大小；而加工分级的生产程序会影响到材料的粒度分布，机器的加工磨损会影响到人造石墨颗粒形貌，进而会使材料整体的比表面积变大。
[0004]比表面积是指单位质量物料所具有的总面积；分外表面积、内表面积两类，国标单位nf/g。人造石墨的比表面积变大，会使材料表面积上的活性点增多，影响到电池负极材料效率，使负极效率降低，从而影响到整体电池的性能。
[0005]为了解决上述问题，人造石墨要进行后续的表面改性处理，以降低材料的比表面积。现有技术中，一般降低比表面积的技术主要有包覆，磨合，分级除去物料中的小粒径等技术。然而，包覆会影响到石墨的其他性能，如降低电性能等；磨合技术主要是将物料放入磨合机器中，通过转速每分钟500-1000之间不等，时间控制20-60分钟,但是磨合不均勻会破坏原有物料的比表面积，反而增加了物料的表面积；分级机除去小粒径的同时，很容易损害物料的表面形貌，影响物料的性能。该现状亟待解决。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于克服了现有技术中降低比表面积技术存在:包覆会降低电性能，磨合不均匀会破坏原有物料的比表面积，或者分级机除去小粒径的同时容易损害物料的表面形貌等的缺陷，而提供了一种比表面积明显降低，不影响材料原来的粒度分布，材料形貌规整度增加，不影响容量和效率的发挥，加工性能过筛性能提高，材料安全性好，性质稳定，批次之间几乎没有差别的人造石墨材料及其处理方法和应用。
[0007]本发明的技术方案之一是，提供一种人造石墨材料的处理方法包括下述步骤:①将人造石墨材料干燥，之后打粉；②将步骤①得到的材料混料，之后过筛即可；其中，所述的干燥的时间为2-3小时；所述的打粉的处理时间为8-15分钟；所述的打粉的转速为25000-30000r/min ;所述的混料的条件为以350_450r/m转速混料90-150分钟。
[0008]步骤①中，所述的人造石墨材料为本领域常规各种普通人造石墨原材料。所述的人造石墨材料的粒径可为本领域人造石墨材料的常规粒径，较佳的，粒径为D50体积平均粒径 15 μ m-22 μ m,更佳的为 18 μ m_20 μ m。[0009]步骤①中，所述的人造石墨材料的单次处理量较佳的为15-22公斤，更佳的为21公斤。
[0010]步骤①中，所述的干燥一般在干燥箱中操作。所述的干燥的时间较佳的为2.5小时。所述的干燥的温度较佳的为100°c -150°c，更佳的为150°C。所述的干燥的终点较佳的为以水分质量百分比2%以下。
[0011 ] 步骤①中，所述的打粉为本领域常规的打粉操作，一般在机械粉碎打粉机中操作。所述的打粉的处理时间较佳的为10分钟。所述的打粉的转速较佳的为28000r/min。
[0012]步骤②中，所述的混料一般在高速改性混料机中操作。所述的混料的条件较佳的为以430r/m转速混料120分钟。所述的混料操作之前，较佳的混料的机器进行清理，检测没有其他杂质为佳。
[0013]步骤②中，所述的过筛较佳的为200-250目，更佳的为过250目筛，以除去杂质和
大颗粒。
[0014]本发明步骤②过筛之后，得到的人造石墨材料在实际使用之前，按常规步骤会送检处理。
[0015]本发明的技术方案之二是，提供前述人造石墨材料的处理方法制得的人造石墨材料。
[0016]本发明的技术方案之三是，提供前述人造石墨材料在制备电池负极材料中的应用。所述的电池负极材料较佳的为锂离子电池负极材料。
[0017]本发明所用试剂和原料均市售可得。
[0018]在符合本领域常识的基础上，本发明中上述的各技术特征的优选条件可以任意组合得到本发明较佳实例。
[0019]本发明的积极进步效果在于:
[0020]1、本发明的人造石墨材料具有以下优点:1)比表面积明显降低；2)整体粒度分布不会受影响，大小颗粒分布的更均匀；3)形貌规整度增加，修饰的更完整均匀，不影响容量和效率的发挥；4)过筛性能提高，不影响材料的安全性能；5)性质稳定，批次之间几乎没有差另1J。
[0021 ] 2、本发明的人造石墨材料预处理方法简单可行，适用于工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为实施例2的人造石墨材料的原料的粒度分布图。
[0023]图2为实施例2的人造石墨材料的粒度分布图。
[0024]图3为实施例2的人造石墨材料处理前后的电镜图。
【具体实施方式】
[0025]下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
[0026]下述实施例中使用的人造石墨为上海杉杉科技有限公司生产的人造石墨类产品。
[0027]实施例1[0028]人造石墨材料原料(记为原料A)，D50为18 μ m左右，原料共20公斤，样品处理前检测粒径18.6 μ m，真密度2.24g/cm3，比表面积2.2m2/g。
[0029]①将人造石墨材料原料放入干燥箱中以100°C经2.5小时干燥至水分质量百分比2%以下；干燥后的物料经打粉机处理，以25000r/min处理10分钟，将大颗粒打碎，使材料整体呈干燥细粉状；
[0030]②检查混料机的设备运行是否正常，清理混料机，确保无杂质在混料机中；将20公斤D50为18.6 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料机中混料,时间为120分钟,转速380r/m ;之后过250目筛即可。
[0031]经检测粒径18.5 μ m，真密度2.24g/cm3,比表面积2.0m2/go
[0032]实施例2
[0033]人造石墨材料原料(记为原料B)，D50为20 μ m左右，原料共20公斤，检测粒径20.1 μ m,真密度 2.25g/cm3,比表面积 2.3m2/g。
[0034]①将人造石墨材料原料放入干燥箱中以120°C经3.0小时干燥至水分质量百分比2%以下；干燥后的物料经打粉机处理，以26000r/min处理12分钟，将大颗粒打碎，使材料整体呈干燥细粉状；
[0035]②检查混料机的设备运行是否正常，清理混料机，确保无杂质在混料机中；将20公斤D50为18.6 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料机中混料，时间为90分钟,转速433r/m ;之后过250目筛即可。
[0036]经检测，粒径20.0 μ m，真密度2.25g/cm3,比表面积1.8m2/g。
[0037]实施例3
[0038]人造石墨材料原料(记为原料A)，D50为18 μ m左右，原料共20公斤，样品处理前检测粒径18.6 μ m，真密度2.24g/cm3，比表面积2.2m2/g。
[0039]①将人造石墨材料原料放入干燥箱中以140°C经3.0小时干燥至水分质量百分比2%以下；干燥后的物料经打粉机处理，以28000r/min处理10分钟，将大颗粒打碎，使材料整体呈干燥细粉状；
[0040]②检查混料机的设备运行是否正常，清理混料机，确保无杂质在混料机中；将20公斤D50为18.6 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料机中混料,时间为120分钟,转速433r/m ;之后过250目筛即可。
[0041]经检测,粒径18.6 μ m,真密度2.24g/cm3,比表面积1.8m2/g。
[0042]实施例4
[0043]人造石墨材料原料(记为原料B)，D50为20 μ m左右，原料共20公斤，检测粒径
20.1 μ m,真密度 2.25g/cm3,比表面积 2.3m2/g。
[0044]①将人造石墨材料原料放入干燥箱中以150°C经2.5小时干燥至水分质量百分比2%以下；干燥后的物料经打粉机处理，以30000r/min处理15分钟，将大颗粒打碎，使材料整体呈干燥细粉状；
[0045]②检查混料机的设备运行是否正常，清理混料机，确保无杂质在混料机中；将20公斤D50为20.1 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料机中混料，时间为120分钟，转速433r/m ;之后过250目筛即可。
[0046]经检测，粒径19.9 μ m，真密度2.25g/cm3,比表面积1.7m2/g。[0047]实施例5
[0048]人造石墨材料原料(记为原料B)，D50为20 μ m左右，原料共20公斤，检测粒径
20.1 μ m,真密度 2.25g/cm3,比表面积 2.3m2/g。
[0049]①将人造石墨材料原料放入干燥箱中以150°C经3.0小时干燥至水分质量百分比2%以下；干燥后的物料经打粉机处理，以28000r/min处理10分钟，将大颗粒打碎，使材料整体呈干燥细粉状；
[0050]②检查混料机的设备运行是否正常，清理混料机，确保无杂质在混料机中；将20公斤D50为20.1 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料机中混料,时间为150分钟,转速435r/m ;之后过250目筛即可。
[0051]经检测，检测粒径19.9 μ m，真密度2.25g/cm3,比表面积1.9m2/g。
[0052]实施例6
[0053]人造石墨材料原料，D50为15 μ m左右，原料共15公斤。
[0054]①将人造石墨材料原料放入干燥箱中以100°C经2小时干燥至水分质量百分比2 %以下；干燥后的物料经打粉机处理，以25000r/min处理8分钟，将大颗粒打碎，使材料整体呈干燥细粉状；
[0055]②检查混料机的设备运行是否正常，清理混料机，确保无杂质在混料机中；将人造石墨材料原料放入高速改性混料机中混料，时间为150分钟,转速350r/min ;之后过200目筛即可。
[0056]实施例7
[0057]人造石墨材料原料，D50为20 μ m左右，原料共18公斤。
[0058]①将人造石墨材料原料放入干燥箱中以150°C经2.5小时干燥至水分质量百分比2%以下；干燥后的物料经打粉机处理，以26000r/min处理10分钟，将大颗粒打碎，使材料整体呈干燥细粉状；
[0059]②检查混料机的设备运行是否正常，清理混料机，确保无杂质在混料机中；将人造石墨材料原料放入高速改性混料机中混料，时间为90分钟,转速450r/min ;之后过250目筛即可。
[0060]实施例8
[0061]人造石墨材料原料，D50为18 μ m左右，原料共21公斤。
[0062]①将人造石墨材料原料放入干燥箱中以120°C经3小时干燥至水分质量百分比2%以下；干燥后的物料经打粉机处理，以28000r/min处理12分钟，将大颗粒打碎，使材料整体呈干燥细粉状；
[0063]②检查混料机的设备运行是否正常，清理混料机，确保无杂质在混料机中；将人造石墨材料原料放入高速改性混料机中混料，时间为120分钟,转速430r/min ;之后过220目筛即可。
[0064]实施例9
[0065]人造石墨材料原料，D50为22 μ m左右，原料共225公斤。
[0066]①将人造石墨材料原料放入干燥箱中以130°C经3小时干燥至水分质量百分比2%以下；干燥后的物料经打粉机处理，以30000r/min处理15分钟，将大颗粒打碎，使材料整体呈干燥细粉状；[0067]②检查混料机的设备运行是否正常，清理混料机，确保无杂质在混料机中；将人造石墨材料原料放入高速改性混料机中混料，时间为150分钟,转速400r/min ;之后过240目筛即可。
[0068]对比例I
[0069]人造石墨材料原料(记为原料A)，D50为18 μ m左右，原料共20公斤，样品处理前检测粒径18.6 μ m，真密度2.24g/cm3，比表面积2.2m2/g。
[0070]①将人造石墨材料原料放入干燥箱中以150°C经2.5小时干燥至水分质量百分比2%以下；干燥后的物料经打粉机处理，以18000r/min处理10分钟，将大颗粒打碎，使材料整体呈干燥细粉状；
[0071]②检查混料机的设备运行是否正常，清理混料机，确保无杂质在混料机中；将20公斤D50为18.6 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料机中混料,时间为60分钟,转速380r/m ;之后过250目筛即可。
[0072]经检测粒径18.5 μ m，真密度2.24g/cm3,比表面积2.2m2/g。
[0073]对比例2
[0074]人造石墨材料原料(记为原料B)，D50为20 μ m左右，原料共20公斤，检测粒径
20.1 μ m,真密度 2.25g/cm3,比表面积 2.3m2/g。
[0075]①将人造石墨材料原料放入干燥箱中以150°C经3.0小时干燥至水分质量百分比2%以下；干燥后的物料经打粉机处理，以20000r/min处理12分钟，将大颗粒打碎，使材料整体呈干燥细粉状；
[0076]②检查混料机的设备运行是否正常，清理混料机，确保无杂质在混料机中；将20公斤D50为18.6 μ m人造石墨材料原料放入高速改性混料机中混料，时间为90分钟,转速300r/m ;之后过250目筛即可。
[0077]经检测，粒径20.0 μ m，真密度2.25g/cm3，比表面积2.2m2/g。
[0078]效果实施例
[0079]对实施例1飞中的人造石墨材料分别进行粒径、真密度、振实密度、比表面积及灰分等项指标测试；采用半电池测试方法对实施例1飞中的人造石墨材料进行放电容量以及首次充放电效率的测试，结果均列于表I。
[0080]测试所使用的仪器名称及型号为:体积平均粒径D50，激光粒度分布仪MS2000 ；真密度TD-1200，超级恒温水槽SC-15 ;灰分，高温电炉SX2-2.5-12 ；比表面积JW-004 (直接用仪器测定；测定方法国家标准:振实密度GB/T5162-2006/IS03953:1993 ;真密度GBT8330-2008 ;比表面积 GB/T19587-2004)。
[0081]半电池测试方法为:人造石墨负极材料、含有6?7%聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮及2%的导电炭黑按质量比91.6:6.6:1.8的比例混合均匀，涂于铜箔上，将涂好的极片放入温度为110°C真空干燥箱中真空干燥4小时备用。模拟电池装配在充氩气的德国布劳恩手套箱中进行，电解液为lMLiPF6+EC:DEC:DMC (1:1:1体积比)，金属锂片为对电极，电化学性能测试在美国ArbinBT2000型电池测试仪上进行，充放电电压范围为0.005至1.0V,充放电速率为0.1C。
[0082]表I各实施例的人造石墨材料的性能参数
[0083]
【权利要求】
1.一种人造石墨材料的处理方法，其特征在于，其包括下述步骤:①将人造石墨材料干燥，之后打粉；②将步骤①得到的材料混料，之后过筛即可；其中，所述的干燥的时间为2-3小时；所述的打粉的处理时间为8-15分钟；所述的打粉的转速为25000-30000r/min ；所述的混料的条件为以350-450r/m转速混料90-150分钟。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤①中，所述的人造石墨材料的粒径为D50体积平均粒径15 μ m-22 μ m,较佳的为18 μ m-20 μ m。
3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤①中，所述的人造石墨材料的单次处理量为15-22公斤，较佳的为21公斤。
4.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤①中，所述的干燥的时间为2.5小时；所述的干燥的温度为100°C -150°C,较佳的为150°C ;所述的干燥的终点为以水分质量百分比2%以下。
5.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤①中，所述的打粉的处理时间为10分钟；所述的打粉的转速为28000r/min。
6.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤②中，所述的混料的条件为以430r/m转速混料120分钟。
7.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤②中，所述的混料操作之前，混料的机器进行清理。
8.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤②中，所述的过筛为200-250目，较佳的为过250目筛。
9.一种如权利要求f 8任一项所述的人造石墨材料的处理方法制得的人造石墨材料。
10.如权利要求9所述的人造石墨材料在制备电池负极材料中的应用；所述的电池负极材料较佳的为锂离子电池负极材料。
【文档编号】H01M4/583GK103730659SQ201210393713
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月16日 优先权日:2012年10月16日
【发明者】杜旭, 乔永民, 丁晓阳, 杜辉玉, 胡东山, 李虹, 娄文君 申请人:上海杉杉科技有限公司