一种人造石墨材料的预处理方法及所得产品和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种人造石墨材料的预处理方法，其特征在于，其包括下述步骤：（1）将D50为16-22μm的人造石墨材料干燥至其中的水分占物料总质量的百分比≤2%，得干燥的人造石墨材料；（2）将步骤（1）所得的干燥的人造石墨材料在高速改性融合机中以1700-2200r/min的转速混料3-30min，之后过筛即可。本发明还提供由所述人造石墨材料的预处理方法制备而得的人造石墨材料及其在制备电池负极材料中的应用。本发明的人造石墨材料的振实密度明显提高；整体粒度分布不会受影响，大小颗粒分布地更均匀；形貌规整度增加，修饰地更完整均匀，不影响容量和效率的发挥；性质稳定，批次之间几乎没有差别。
【专利说明】一种人造石墨材料的预处理方法及所得产品和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种人造石墨材料的预处理方法及所得产品和应用。
【背景技术】
[0002]近年来，电子装置的普及化对二次电池的性能提出了更高的要求。尤其是锂离子电池的异军突起，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和更好的使用性能。目前针对提高电池性能的研究已经有很多，然而随着对电池性能要求的进一步提闻，还需要提闻电池的压实密度，从而更大幅度地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，但是存在压实密度较低的缺陷。人造石墨材料在生产加工的过程中，一般会有后续的加工分级的程序，而加工分级的生产程序通常会影响到材料的粒度分布，同时由于加工过程中机器的磨损，还会影响到人造石墨的颗粒形貌，进而会使材料整体的压实密度降低。
[0004]在锂离子电池设计过程中，压实密度=面密度/(极片碾压后的厚度-集流体厚度)，单位:g/cm3 ;锂离子动力电池在制作过程中，压实密度对电池性能有较大的影响。一般来说，压实密度越大，电池的容量就能做地越高，所以压实密度是电池材料能量密度的重要参考指标之一。压实密度不光和颗粒的大小、密度有关系，还和颗粒的形貌有关系，压实密度大的一般都有很好的粒子正态分布。可以认为，工艺条件一定的条件下，压实密度越大，电池的容量就越高。
[0005]目前提高人造石墨压实密度的方法主要是提高物料的石墨化度，石墨化度的提高能够使材质更软，更好压，从而提闻人造石墨的压实密度。但是，单纯提闻材料的石墨化度只能使材质更软，并不会改变颗粒的形貌，颗粒的整体粒度分布不会有大的改观，因此压实密度的提高程度比较有限，该问题亟待解决。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的人造石墨物料的颗粒表面修正不完善且没有过筛等后续处理导致压实密度不高的缺陷，而提供一种提高人造石墨材料的粉末压实密度，但不影响材料原来的粒度分布以及容量和效率的发挥，同时使材料的形貌规整度增加，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的预处理方法及所得产品和应用。
[0007]本发明提供的技术方案之一是:一种人造石墨材料的预处理方法，其包括下述步骤:
[0008](I)将D50为16_22μπι的人造石墨材料干燥至其中的水分占物料总质量的百分比(2%，得干燥的人造石墨材料；
[0009](2)将步骤(1)所得的干燥的人造石墨材料在高速改性融合机中以1700_2200r/min的转速混料3_30min,之后过筛即可。
[0010]本发明中，步骤(1)所述的人造石墨材料为本领域常规的各种普通人造石墨原材料；较佳地，所述的人造石墨材料的D50值为18-21 μ m。所述的D50为体积平均粒径，指一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径，其物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%。
[0011]本发明中，步骤(1)所述的人造石墨材料的单次处理量较佳地为1.5-3kg，更佳地为2-2.5kg，最佳地为2kg。
[0012]本发明中，步骤(1)所述的干燥为本领域常规的干燥操作，一般在干燥箱中进行；所述的干燥的时间较佳地为1-3小时，更佳地为1.5-3小时；所述的干燥的温度较佳地为100-150°C，更佳地为 120-150°C，最佳地为 150°C。
[0013]本发明中，步骤(2 )所述的混料较佳地为以1800-2000r/min的转速混料10-20min。在所述的混料之前，较佳地还包括对混料的机器进行清理、检测，以没有其他杂质为佳。
[0014]本发明中，步骤(2)所述过筛的目数较佳地为200-250目，更佳地为250目，以除
去杂质和大颗粒。
[0015]本发明中，在步骤(2)所述的过筛之后，所得的人造石墨材料在实际使用之前，较佳地还会按常规步骤送检处理。
[0016]本发明提供的技术方案之二是:如前所述的人造石墨材料的预处理方法制得的人造石墨材料。
[0017]本发明提供的技术方案之三是:如前所述的人造石墨材料的预处理方法制得的人造石墨材料在制备电池负极材料中的应用。
[0018]本发明中，所述的电池负极材料较佳地为锂离子电池负极材料。
[0019]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
[0020]本发明所用试剂和原料均市售可得。
[0021]本发明的积极进步效果在于:本发明的人造石墨材料的压实密度明显提高；材料的颗粒形貌更加规整，整体粒度分布趋势不会受到较大的影响，粒度分布更趋于正态分布；材料的理化指标没有的大的改变，不影响容量和效率的发挥；物料性质稳定，批次之间几乎没有差别；生产工艺简单可行，操作方便，适合于工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为实施例2样品处理前的粒度分布图。
[0023]图2为实施例2样品处理后的粒度分布图。
[0024]图3为实施例2样品处理前后的电镜图，其中，(a )为实施例2样品处理前的电镜分布图，(b)为实施例2样品处理后电镜分布图。
【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]实施例1[0027]人造石墨材料(记为原料A),商品标注的D50为16 μ m左右,原料共2kg,样品在处理前检测的体积平均粒径D50为16.4 μ m,真密度2.24g/cm3,压实密度1.49g/cm3。
[0028](I)将人造石墨材料放入干燥箱中经150°C干燥处理1.5小时，至其中的水分占物料总质量的百分比≤2%;
[0029](2)检查融合机的设备运行是否正常，清理融合机，确保无杂质；将2kg D50为16.4 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合机中混料,时间为3分钟,转速为1700r/m ;之后将物料过筛处理即可，过筛目数为250目。
[0030]经检测，处理后的人造石墨材料的粒径为16.0um，真密度2.24g/cm3，压实密度
1.56g/cm3。
[0031]实施例2
[0032]人造石墨材料(记为原料B),商品标注的D50为18 μ m左右,原料共2kg,样品在处理前检测的体积平均粒径D50为18.2 μ m，真密度2.25g/cm3，压实密度1.47g/cm3。
[0033](I)将人造石墨材料放入干燥箱中经150°C干燥处理1.5小时，至其中的水分占物料总质量的百分比≤2%;
[0034](2)检查融合机的设备运行是否正常，清理融合机，确保无杂质；将2.5kg D50为18.2 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合机中混料,时间为5分钟,转速1700r/m ;之后将物料进行过筛处理即可，过筛目数250目。
[0035]经检测，处理后的人造石墨材料的粒径17.5 μ m，真密度2.25g/cm3，压实密度
1.6lg/cm3。
[0036]实施例3
[0037]人造石墨材料(记为原料A)，商品标注的D50为16 μ m左右，原料共2.5kg，样品在处理前检测的体积平均粒径D50为16.4 μ m,真密度2.24g/cm3,压实密度1.49g/cm3。
[0038](I)将人造石墨材料放入干燥箱中经150°C干燥处理2.0小时，至其中的水分占物料总质量的百分比≤2%;
[0039](2)检查融合机的设备运行是否正常，清理融合机，确保无杂质；将2kg D50为16.4 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合机中混料,时间为10分钟,转速为1800r/m ;之后将物料过筛处理即可，过筛目数250目。
[0040]经检测，处理后的人造石墨材料的粒径15.4μ m，真密度2.24g/cm3，压实密度
1.68g/cm3。
[0041]实施例4
[0042]人造石墨材料(记为原料B),商品标注的D50为18 μ m左右,原料共2kg,样品在处理前检测的体积平均粒径D50为18.2 μ m，真密度2.25g/cm3，压实密度1.47g/cm3。
[0043](I)将人造石墨材料放入干燥箱中经120°C干燥处理1.5小时，至其中的水分占物料总质量的百分比< 2%，使材料整体呈干燥细粉状；
[0044](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；将2kg D50为18.2 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合机中混料,时间为10分钟,转速1900r/m ;之后将物料过筛处理即可，过筛目数250目。
[0045]经检测，处理后的人造石墨材料的粒径16.6 μ m,真密度2.25g/cm3,压实密度
1.74g/cm3。[0046]实施例5
[0047]人造石墨材料(记为原料B),商品标注的D50为18 μ m左右，原料共3kg,样品在处理前检测的体积平均粒径D50为18.2 μ m，真密度2.25g/cm3，压实密度1.47g/cm3。
[0048](I)将人造石墨材料放入干燥箱中经150°C干燥处理1.5小时，至其中的水分占物料总质量的百分比< 2%，使材料整体呈干燥细粉状；
[0049](2)检查融合机的设备运行是否正常，清理融合机，确保无杂质；将2kg D50为18.2 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合机中混料,时间为20分钟,转速2000r/m ;之后将物料过筛处理即可，过筛目数200目。
[0050]经检测，处理后的人造石墨材料的粒径为15.2 μ m，真密度2.25g/cm3，压实密度1.80g/cm3。
[0051]实施例6
[0052]人造石墨材料(记为原料A)，商品标注的D50为16 μ m左右，原料共1.5kg，样品在处理前检测的体积平均粒径D50为16.0 μ m，真密度2.24g/cm3，压实密度1.47g/cm3。
[0053](I)将人造石墨材料放入干燥箱中经100°C干燥处理3小时，至其中的水分占物料总质量的百分比≤2% ；
[0054](2)检查融合机的设备运行是否正常，清理融合机，确保无杂质；将2kg D50为16.0 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合机中混料,时间为15分钟,转速为1900r/m ;之后将物料过筛处理即可，过筛目数为250目。
[0055]经检测，处 理后的人造石墨材料的粒径为16.Ομπι，真密度2.24g/cm3，压实密度1.67g/cm3。
[0056]实施例7
[0057]人造石墨材料(记为原料B)，商品标注的D50为21 μ m左右，原料共2kg，样品在处理前检测的体积平均粒径D50为22.0 μ m，真密度2.25g/cm3，压实密度1.45g/cm3。
[0058](I)将人造石墨材料放入干燥箱中经150°C干燥处理1.0小时，至其中的水分占物料总质量的百分比< 2%，使材料整体呈干燥细粉状；
[0059](2)检查融合机的设备运行是否正常，清理融合机，确保无杂质；将2kg D50为22.0 μ m的人造石墨材料放入高速改性融合机中混料,时间为30分钟,转速2200r/m ;之后将物料过筛处理即可，过筛目数250目。
[0060]经检测，处理后的人造石墨材料的粒径为21.811111，真密度2.258/(^3，压实密度1.8lg/cm3。
[0061]对比例I
[0062]人造石墨材料(记为原料A )，商品标注的D50为16 μ m左右，原料共2kg，样品在处理前检测的体积平均粒径D50为16.4 μ m,真密度2.24g/cm3,压实密度1.49g/cm3。
[0063](I)将人造石墨材料放入干燥箱中经150°C干燥处理1.5小时；
[0064](2)检查融合机的设备运行是否正常，清理融合机，确保无杂质；将2kg D50为16.4 μ m人造石墨材料放入高速改性融合机中混料,时间为3分钟,转速1500r/m ;之后将物料过筛处理即可，过筛目数250目。
[0065]经检测，处理后的人造石墨材料的粒径为16.3 μ m，真密度2.24g/cm3，压实密度1.49g/cm3。[0066]对比例2
[0067]人造石墨材料(记为原料B),商品标注的D50为18 μ m左右，原料共2kg,样品在处理前检测的体积平均粒径D50为18.2 μ m，真密度2.25g/cm3，压实密度1.47g/cm3。
[0068](I)将人造石墨材料放入干燥箱中经150°C干燥处理1.5小时；
[0069](2)检查融合机的设备运行是否正常，清理混料机，确保无杂质；将2.5kg D50为
18.2 μ m人造石墨材料放入高速改性融合机中混料,时间为I分钟,转速1700r/m ;之后将物料过筛处理即可，过筛目数250目。
[0070]经检测，处理后的人造石墨材料的粒径18.14 111，真密度2.258/0113，压实密度
1.47g/cm3。
[0071]对比例3
[0072]人造石墨材料(记为原料A)，商品标注的D50为16 μ m左右，原料共2kg，样品在处理前检测的体积平均粒径D50为16.4 μ m,真密度2.24g/cm3,压实密度1.49g/cm3。
[0073](I)将人造石墨材料放入干燥箱中经150°C干燥处理2.0小时；
[0074](2)检查融合机的设备运行是否正常，清理融合机，确保无杂质；将2kg D50为
16.4 μ m人造石墨材料放入 高速改性融合机中混料,时间为I分钟,转速1500r/m ;之后将物料过筛处理即可，过筛目数250目。
[0075]经检测，处理后的人造石墨材料的粒径16.2 μ m，真密度2.24g/cm3，压实密度
1.49g/cm3。
[0076]效果实施例
[0077]将实施例1飞和对比例f 3中的人造石墨负极材料分别进行粒径、真密度、压实密度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1。同时还进行过筛性能检测，结果均列于表2。
[0078]测试所使用的仪器名称及型号如下:
[0079]激光粒度分布仪:MS2000，丹东百特仪器有限公司产品；
[0080]真密度:TD_1200，贝士德仪器科技有限公司产品；
[0081]超级恒温水槽:SC_15，上海双舜实业发展有限公司产品；
[0082]灰分:高温电炉SX2-2.5-12，上海光机所产品；
[0083]压实密度=TRCD-1，麦克默瑞提克(上海)仪器有限公司产品。
[0084]测定方法国家标准:压实密度GB1482-84 ;真密度GBT8330-2008 ；比表面积GB/T19587-2004。
[0085]半电池测试方法为:人造石墨材料、含有6>/ο聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮及2%的导电炭黑按91.6: 6.6: 1.8的质量比例混合均匀，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IM LiPF6和体积比为1:1:1的EC: DEC: DMC，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。
[0086]过筛性能检测方法:将筛网折成漏斗状，使其包住烧杯口，并用橡皮筋套在烧杯口使其固定，将混合好的浆料倒入少许筛网(200目)上，用勺子轻轻挤压，观察浆料过筛情况如何。如果无法过筛，则换目数更小的筛网(如果100目仍然无法过筛，则不再过筛，再视具体情况看是否需要涂布)，选好合适的筛网后，将浆料倒入筛网上，用勺子轻轻挤压，慢慢使浆料流入下面烧杯，当需要注意筛上物的时候可以用水冲洗筛网，然后观察筛上物是否有大颗粒等现象。
[0087]表1各实施例的人造石墨材料的性能参数
[0088]
【权利要求】
1.一种人造石墨材料的预处理方法，其特征在于，其包括下述步骤: (1)将D50为16-22μπι的人造石墨材料干燥至其中的水分占物料总质量的百分比(2%，得干燥的人造石墨材料； (2)将步骤(1)所得的干燥的人造石墨材料在高速改性融合机中以1700-2200r/min的转速混料3-30min，之后过筛即可。
2.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤(1)所述的人造石墨材料的D50值为 18-21 μ m。
3.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤(1)所述的人造石墨材料的单次处理量为1.5-3kg。
4.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤(1)所述的人造石墨材料的单次处理量为2-2.5kg。
5.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤(1)所述的干燥的时间为1-3小时；所述的干燥的温度为100-150°C。
6.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤(1)所述的干燥的时间为1.5-3小时；所述的干燥的温度为120-150°C。
7.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤(2)所述的混料为以1800-2000r/min 的转速混料 10_20min。
8.如权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤(2)所述过筛的目数为200-250目。
9.如权利要求1~8任一项所述的人造石墨材料的预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。
【文档编号】H01M4/583GK103879997SQ201210563268
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年12月21日 优先权日:2012年12月21日
【发明者】李 杰, 杜旭, 李念民, 乔永民, 刘萍, 苗荣荣, 朱从连 申请人:上海杉杉科技有限公司