一种高能效碳素匣钵及其制备方法与流程

本发明涉及锂电池生产，尤其涉及一种高能效碳素匣钵及其制备方法。

背景技术：

1、随着手机和笔记本电脑等电子产品的快速发展，对消费类锂电池能量密度的要求日益提升，中间相碳微球成本高、比容量低(仅280～340ma·h/g)等缺点日益凸显，低成本、高比容量的人造碳素负极应运而生。2013年开始，动力型锂电池需求迅猛增长，2016年，其市场占比首次超过消费型锂电池。在此背景下，人造碳素负极材料也发展为市场绝对主流。

2、人造碳素源自化石能源、高能耗等问题日益突显。为了满足锂电池负极材料碳素化工业低耗、绿色的发展趋势，降低负极材料的生产成本，提高碳素匣钵的寿命与性能成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高能效碳素匣钵及其制备方法。

2、一种高能效碳素匣钵，由以下重量份的原料经高温碳素化制得：

3、碳素粗骨料10～50份、碳素细骨料20～35份、碳素细粉15～40份、调质添加剂0.01～3份、水溶性结合剂3～25份；

4、优选的，所述调制添加剂由50～60重量份的硼化锆、25～30重量份的铝粉、100～120重量份的铁粉和30～40重量份的硼矸组成。

5、优选的，碳素骨料包括碳素粗骨料和碳素细骨料，所述碳素骨料为高碳鳞片石墨、高碳土状石墨、石油焦和无烟煤中的一种或多种，所述碳素粗骨料的粒径为1mm～3mm，所述碳素细骨料的粒径为0.08mm～1mm。

6、优选的，所述碳素细粉为高碳鳞片石墨、高碳土状石墨、石油焦和无烟煤中的一种或多种，所述碳素细粉的粒径为200～600目。

7、优选的，所述水溶性结合剂为c9石油树脂、酚醛树脂、石墨烯改性纤维增强环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂、阿拉伯树脂、木质素、工业葡萄糖浆、聚乙烯醇和磷酸盐中的一种或多种。

8、一种高能效碳素匣钵的制备方法，包括以下步骤：

9、s1、将权利要求1所述的碳素细粉、调质添加剂加入高速混料机预混15min～12h，得配合料；

10、s2、将s1步骤中预混好的配合料装入高速球磨机中，向高速球磨机中加入配合料质量5％～50％的去离子水，随后采用高速喷雾造粒设备干燥和造粒，得造粒料；

11、s3、将权利要求1所述的碳素骨料与二分之一的水溶性结合剂在25℃～200℃预混合15min～12h，加入s2步骤制备的造粒料，在25℃～280℃混合15min～12h，继续加入剩余二分之一的水溶性结合剂，在相同温度下混合15min～12h，得均匀的混合料；

12、s4、将s3步骤中制得的混合料干燥、困料，得成型的混合料；

13、s5、将s4步骤制得的混合料放入挤出成型机中，制得碳素匣钵素坯，然后对挤出成型得到的陶瓷料管素坯进行等静压成型，得致密均匀的碳素匣钵素坯；

14、s6、将s5步骤中所得碳素匣钵素坯放置在高温炉中，200℃～1200℃下保温1h～3h,原位生成fe2alb2纤维，得碳素匣钵。

15、优选的，s2步骤中，进行喷雾干燥造粒时，喷雾造粒机的风温为150℃～300℃，制得造粒料的粒度尺寸为0.001mm～1.5mm，而后在28℃～32℃温度条件下密封困料12h～36h。

16、优选的，s4步骤中，s4步骤中，混合料干燥的条件为：温度25℃～350℃、湿度1％～15％、干燥时间2h～25h，密封困料的时间12h～48h。

17、优选的，s5步骤中，s5步骤中，等静压压力为150～200mpa。

18、优选的，s6步骤中，高温炉为艾奇逊碳素化炉、内串碳素化炉、箱式碳素化炉及连续式碳素化炉中的一种，碳素化在真空、氮气、埋碳或氩气气氛的保护下进行，以5℃/h～60℃/h的升温速率升温至200℃～1200℃。

19、本发明的有益效果是：

20、1、利用不同颗粒级配制备显微结构可控的匣钵基体，采用高速球磨机制混高固相浆料，各配料组分分散性好、比重差较大的组分也不容易偏析，干粉料采用料浆喷雾造粒法制取，在干法与湿法成型中都可以保证制品各部位的成份、组织均匀一致。

21、2、据产品使用需要确定其形状、厚度选取不同成型法，提高了碳素匣钵的致密度，改善了产品综合力学性能与热震稳定性，大幅度降低了因机加工带来的原料消耗，为生产企业大幅增加产品利润。

22、3、采用改性树脂、工业糖浆等结合剂，提升碳素匣钵素坯强度，降低了损坏率，焙烧过程中在匣钵内部形成三维网络状结构包覆骨料，填充气孔，增强碳素匣钵抗侵蚀能力，改性树脂碳链上枝接的基团与调质剂有良好的亲和性，在富集硼化锆、铝粉、铁粉和硼矸的同时为原位生成fe2alb2纤维起到了催化效果，改性树脂骨架、fe2alb2晶须的耦合作用进一步提高了产品的韧性与热震稳定性，增加其服役寿命。

23、4、碳素匣钵外加的调质添加剂起到促进碳素匣钵石墨化，提升其高温稳定性的同时减少与内容物的润湿性，符合绿色、环保、低碳的生产方式，同时降低企业生产成本，提高竞争力。

技术特征：

1.一种高能效碳素匣钵，其特征在于，由以下重量份的原料经高温碳素化制得：

2.根据权利要求1所述的一种高能效碳素匣钵，其特征在于，碳素骨料包括碳素粗骨料和碳素细骨料，所述碳素骨料为高碳鳞片石墨、高碳土状石墨、石油焦和无烟煤中的一种或多种，所述碳素粗骨料的粒径为1mm～3mm，所述碳素细骨料的粒径为0.08mm～1mm。

3.根据权利要求1所述的一种高能效碳素匣钵，其特征在于，所述碳素细粉为高碳鳞片石墨、高碳土状石墨、石油焦和无烟煤中的一种或多种，所述碳素细粉的粒径为200～600目。

4.根据权利要求1所述的一种高能效碳素匣钵，其特征在于，所述水溶性结合剂为c9石油树脂、酚醛树脂、石墨烯改性纤维增强环氧树脂、聚氨酯改性环氧树脂、阿拉伯树脂、木质素、工业葡萄糖浆、聚乙烯醇和磷酸盐中的一种或多种。

5.一种高能效碳素匣钵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种高能效碳素匣钵的制备方法，其特征在于，s2步骤中，进行喷雾干燥造粒时，喷雾造粒机的风温为150℃～300℃，制得造粒料的粒度尺寸为0.001mm～1.5mm，而后在28℃～32℃温度条件下密封困料12h～36h。

7.根据权利要求5所述的一种高能效碳素匣钵的制备方法，其特征在于，s4步骤中，混合料干燥的条件为：温度25℃～350℃、湿度1％～15％、干燥时间2h～25h，密封困料的时间12h～48h。

8.根据权利要求5所述的一种高能效碳素匣钵的制备方法，其特征在于，s5步骤中，等静压压力为150～200mpa。

9.根据权利要求5所述的一种高能效碳素匣钵的制备方法，其特征在于，s6步骤中，高温炉为艾奇逊碳素化炉、内串碳素化炉、箱式碳素化炉及连续式碳素化炉中的一种。

10.根据权利要求5所述的一种高能效碳素匣钵的制备方法，其特征在于，s6步骤中，s6步骤中，碳素化在真空、氮气、埋碳或氩气气氛的保护下进行，以5℃/h～60℃/h的升温速率升温至200℃～1200℃。

技术总结
本发明涉及锂电池生产技术领域，尤其涉及一种高能效碳素匣钵及其制备方法，一种高能效碳素匣钵，由碳素粗骨料、碳素细骨料、碳素细粉、调质添加剂、水溶性结合剂经高温碳素化制得。利用不同颗粒级配制备显微结构可控的坩埚基体，采用改性树脂、工业糖浆等复合结合剂，提升碳素匣钵素坯强度，减少损坏率，焙烧过程中在匣钵内部形成三维网络状结构包覆骨料，填充气孔，增强碳素匣钵抗侵蚀能力；改性树脂碳链上枝接的基团与调质剂有良好的亲和性，在富集硼化锆、铝粉、铁粉和硼矸的同时，催化原位生成了具有优良损伤容限的Fe2AlB2纤维，改性树脂骨架、Fe2AlB2晶须的耦合作用进一步提高了产品的韧性与热震稳定性，增加其服役寿命。

技术研发人员：余超,祝洪喜,吴建湘,吴佩霞
受保护的技术使用者：江苏泰瑞耐火有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16