包覆石墨的方法

专利名称：包覆石墨的方法
技术领域：
本发明涉及石墨深加工处理的方法，特别涉及对石墨进行包覆处理的方法。
背景技术：
目前为石墨的包覆处理是一种提高石墨材料性能的常用方法，普遍采用的工艺 流程主要是先将包覆用材料处理成粉末状后，再将石墨与包覆材料混合均勻，之后经碳 化——石墨化处理，制得包覆石墨材料。但目前，包覆材料处理成粉末的工艺只能达到制得 的粉末粒径分布为累积50%的粒子粒径约5 7μπι，由于包覆材料的粉末粒径太大，包覆 效果不理想；同时现在工艺制得的包覆石墨材料的石墨化度值仍较低，影响其性能。

发明内容
本发明旨在提供一种包覆用材料粒径分布值低、包覆效果好的包覆石墨的方法， 并且提高包覆石墨材料的石墨化度、降低其比表面积以提高材料性能。本发明通过以下方案实现。包覆石墨的方法，包括以下步骤第一步在温度为-160°C 0°C条件下，将包覆用材料研磨成粉末状，粉末累积 50 %的粒子粒径为0. 5 3 μ m ；第二步将上步制备的粉末状包覆用材料与石墨粉充分混合，石墨粉与包覆材料 的质量比为100(5 20)；第三步将上述混合后的复合粉体进行碳化；第四步在碳化后的粉体中加入催化剂粉末，催化剂添加质量是碳化后粉体质量 的5 20%，之后经搅拌，充分混合各粉体，催化剂选自下述物质中的一种硼、无机硼化物 或铁盐；第五步最后将上述混合后的粉体进行石墨化处理，温度为2400 2800°C。或采用以下方案第一步在温度为-160°C 0°C条件下，将包覆用材料研磨成粉末状，粉末累积 50 %的粒子粒径为0. 5 3 μ m ；第二步将上步制备的粉末状包覆用材料、石墨粉及催化剂粉充分混合，石墨粉、 包覆用材料粉及催化剂的质量比为100(5 20)(5 20)，催化剂选自下述物质中的 一种硼、无机硼化物或铁盐；第三步将上述混合后的复合粉体进行碳化；第四步最后将上述混合后的粉体进行石墨化处理，温度为2400 2800°C。上述两个方案只在于催化剂加入的顺序所不同。为降低包覆石墨材料的比表面积，提高材料性能，在上述两个方案中的碳化步骤， 采用石墨材料制作的碳化用容器；或者采用以下方式粉体放入碳化用容器后，在粉体上 加盖石墨片，再密闭容器。
碳化方式则采用将碳化炉在200 1600°C的范围内设置12 18个温区，装有 待碳化粉体的碳化用容器在碳化炉内以每小时0. 5 1. 5米的速度推进，历经所有温区，完 成碳化。与现有技术相比，本发明具有以下优点1.本发明采用_160°C 0°C条件下的低温冷冻研磨法，可将包覆用材料研磨至累积50%的粒子粒径仅为0. 5 3μπι的粉末状，而现有工艺中，包覆用材料研磨后的粉末累 积50%的粒子粒径最小也在5μπι以上，因此本发明方法中，包覆用材料粉末粒径大大降 低，使其与石墨粉易混合均勻，提高包覆效果。2.本发明在制备过程中向粉体中加入催化剂粉，特别是碳化后再加入催化剂粉且 进行第二次搅拌混合法，可有效提高包覆石墨材料的石墨化度，实验表明加入催化剂粉后， 在高温2400度以上时，能提高包覆材料的石墨化度1 4个百分点，因此可提高电池26mAh/g的克容量以及增加压实0. 5 lg/cm3。3.本发明的碳化步骤工艺中，采用石墨碳化容器，或采用普通刚玉碳化容器加垫 石墨片法，由于传热快且热量分布均勻，因此可降低包覆石墨材料的比表面积，实验表明， 平均约低0. 5m2/g，而降低比表面积可提高电池的的首次充放电效率；并且采用石墨碳化容 器还可避免对粉体材料的二次污染。
具体实施例方式实施例1采用以下步骤工艺来包覆石墨第一步在温度为_160°C条件下，将包覆用的材料浙青研磨成至累积50%的粒子 粒径达1 μ m的粉末状；第二步将上步制备的粉末状包覆用浙青粉与石墨粉按质量比为18100加入高 速搅拌机使其充分混合；第三步将上述混合后的复合粉体放入石墨坩埚内，加盖坩埚盖后，进行碳化，将 碳化炉在200 1600°C的范围内设置12个温区，装有待碳化粉体的碳化用容器在碳化炉内 以每小时0. 5米的速度推进，历经所有温区，完成碳化。第四步上述碳化后的复合粉体冷却后，向其中加入催化剂碳化硼粉末，添加质量 是上述碳化后的复合粉体质量的5%，之后再经搅拌，充分混合各粉体；第五步最后将上述混合后的包含催化剂的复合粉体在温度为2800°C条件下进 行石墨化处理，制备得到浙青包覆石墨材料。在相同检测条件下，将上述实施例工艺制得的浙青包覆石墨材料和现有包覆法制 得的浙青包覆石墨材料(此为对比例1)，测量其比表面积、石墨化度值，结果表1所示表 1
￥S#比表面积(m2/g) 石墨化度(％ )
对比例1O97 检测结果表明，本发明包覆石墨工艺制得的材料比表面积较低，可很好的提高材 料的加工性能，提高首次效率；而石墨化度的提高，则在将其用至电池负极材料时，可提高 电池的克容量及压实性能。实施例2包覆石墨工艺如下第一步在温度为0°C时，将包覆用的材料浙青研磨成至累积50%的粒子粒径达 0. 5 μ m的粉末状；第二步将上步制备的粉末状包覆用的浙青粉、石墨粉及催化剂碳化硼按质量比 为510010加入高速搅拌机中使其充分混合；第三步将上述混合后的复合粉体放入刚玉坩埚后，在粉体上垫上石墨片，再加盖 坩埚盖，进行碳化，将碳化炉在200 1600°C的范围内设置15个温区，装有待碳化粉体的碳 化用容器在碳化炉内以每小时1米的速度推进，历经所有温区，完成碳化。第四步最后将上述混合后的包含催化剂的复合粉体在温度为2400°C条件下进 行石墨化处理。在相同检测条件下，将上述实施例工艺制得的浙青包覆石墨和现有包覆法制得的 浙青包覆石墨(此为对比例2)，测量其比表面积、石墨化度值，结果表2所示表2 检测结果表明，本发明包覆石墨工艺制得的材料比表面积较低，石墨化度较高。实施例3包覆石墨工艺如下第一步在温度为-50°C条件下，将包覆用的材料高级浙青研磨成至累积50%的 粒子粒径达3μπι的粉末状；第二步将上步制备的粉末状包覆用的浙青粉、石墨粉按质量比为20100加入 高速搅拌机中使其充分混合；第三步将上述混合后的复合粉体放入石墨坩埚内，加盖坩埚盖，进行碳化，将碳 化炉在200 1600°C的范围内设置18个温区，装有待碳化粉体的碳化用容器在碳化炉内以 每小时1.5米的速度推进，历经所有温区，完成碳化。第四步上述碳化后的复合粉体冷却后，向其中加入催化剂氯化铁粉末，添加质量 是上述碳化后的复合粉体质量的20%，之后再经搅拌，充分混合各粉体；第五步最后将上述混合后的包含催化剂的复合粉体在温度为2600°C时进行石墨化处理。在相同检测条件下，将上述各实施例工艺制得的浙青包覆石墨材料和现有包覆法 制得的浙青包覆石墨材料(此为对比例3)，测量其比表面积、石墨化度值，结果如表3 表3 检测结果表明，本发明包覆石墨工艺制得的材料比表面积较低，石墨化度较高。
权利要求
一种包覆石墨的方法，其特征在于包括以下步骤，第一步在温度为-160℃～0℃条件下，将包覆用材料研磨成粉末状，粉末累积50％的粒子粒径为0.5～3μm；第二步将上步制备的粉末状包覆用材料与石墨粉充分混合，石墨粉与包覆材料的质量比为100∶(5～20)；第三步将上述混合后的复合粉体进行碳化；第四步在碳化后的粉体中加入催化剂粉末，催化剂添加质量是碳化后粉体质量的5～20％，之后经搅拌，充分混合各粉体，催化剂选自下述物质中的一种硼、无机硼化物或铁盐；第五步最后将上述混合后的粉体进行石墨化处理，温度为2400～2800℃。
2.如权利要求1所述的包覆石墨的方法，其特征在于在所述第三步的碳化步骤中，采 用石墨材料制作的碳化用容器。
3.如权利要求1所述的包覆石墨的方法，其特征在于在所述第三步的碳化步骤中，粉 体放入碳化用容器后，在粉体上加盖石墨片。
4.如权利要求1 3之一所述的包覆石墨的方法，其特征在于所述碳化方式为，将碳 化炉在200 1600°C的范围内设置12 18个温区，装有待碳化粉体的碳化用容器在碳化 炉内以每小时0. 5 1. 5米的速度推进，历经所有温区，完成碳化。
5.一种包覆石墨的方法，其特征在于包括以下步骤，第一步在温度为-160°C 0°C条件下，将包覆用材料研磨成粉末状，粉末累积50%的 粒子粒径为0. 5 3 ii m ；第二步将上步制备的粉末状包覆用材料、石墨粉及催化剂粉充分混合，石墨粉、包覆 用材料粉及催化剂的质量比为100(5 20)(5 20)，催化剂选自下述物质中的一 种硼、无机硼化物或铁盐；第三步将上述混合后的复合粉体进行碳化；第四步最后将上述混合后的粉体进行石墨化处理，温度为2400 2800°C。
6.如权利要求5所述的包覆石墨的方法，其特征在于在所述第三步的碳化步骤中，采 用石墨材料制作的碳化用容器。
7.如权利要求5所述的包覆石墨的方法，其特征在于在所述第三步的碳化步骤中，粉 体放入碳化用容器后，在粉体上加盖石墨片。
8.如权利要求5 7之一所述的包覆石墨的方法，其特征在于所述碳化方式为，将碳 化炉在200 1600°C的范围内设置12 18个温区，装有待碳化粉体的碳化用容器在碳化 炉内以每小时0. 5 1. 5米的速度推进，历经所有温区，完成碳化。
全文摘要
本发明提供了一种包覆石墨的方法，在温度为-160℃～0℃条件下，将包覆用材料研磨成粉，之后再与石墨粉(或添加催化剂)混合，经碳化、石墨化制得包覆石墨材料，碳化用的容器采用石墨材料的，或是在现有的碳化容器内在粉体上加盖石墨片。本发明包覆用材料粒径分布值低、粉末颗粒小、包覆效果好，并且可有效提高包覆石墨材料的石墨化度、降低其比表面积以提高材料性能。
文档编号C01B31/04GK101863467SQ20101021126
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者吴沙, 谢晓泓, 陶学锋 申请人:长沙格翎电池材料有限公司