一种碳包覆材料去应力及残余碳的方法与流程

本发明涉及冶炼技术领域，具体的是一种碳包覆材料去应力及残余碳的方法。

背景技术：

在电池组装后充放电过程中，由于电解液与正负极的接触，会引起正负极材料结构坍塌，影响电池的循环性能。行业内采用的方法主要是通过碳包覆来实现正负极材料与电解液的接触，例如磷酸铁锂、钛酸锂等，一方面碳包覆可以减少正负极材料与电解液的接触副反应，另一方面提高材料的电导率。另外，还有硅碳材料等采用碳包覆等手段来抑制硅的膨胀，碳包覆是诸多正负极材料改性的优良手段。

与此同时，碳包覆存在缺陷，比如在热处理过程中由于需要综合正极材料的合成，处理温度不宜过高及过长，以免引起正极材料的过烧。这就导致包覆会引入过量的碳源保证包覆的均匀性和完整性。这样就会带来碳包覆层的枝晶或残余碳。

在中国专利一种制备碳化硅的方法（授权公布号：cn1210204c）中提到消除残余碳的手段，采用800℃以下空气中加热去除的方法，与本专利中的方法相差很大，这种方法只能使用在硅碳材料中，且在空气中不宜变性，对气氛要求低。一般碳包覆的材料在这样的工艺条件下会失效。本专利突破了此种界限。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为，提供一种碳包覆材料去应力及残余碳的方法。

一种碳包覆材料去应力及残余碳的方法，具体制备工艺如下：

s1：低温退火处理：将已经完成碳包覆的材料置入烧结炉中进行t℃保温处理，烧结炉以6℃/min的速率升温至t℃，且t℃上下波动在50℃之内，保温时间为t小时，

当t≤200℃时，t=k(k为固定的常数，2≤k≤24)，

当t＞200℃时，t=k-(t-200)*nn=(t-200)/200；

s2：保温结束后进行降温，降温速率控制在3℃/min，降温至≤80℃，后进行出料，保温和降温过程中均通入保护气体和氧气，所述保护气体的纯度为99.99%，烧结炉共设置六个进气口，分别在炉体两侧设置三个，任一侧设有一个氧气口和两个保护气口，氧气口在保护气口中间，平行设置，压力小于保护气，氧气流量控制在保护气流量的1/200~1/100，使烧结炉内氧气含量在200-1000ppm，氧气处理时间为总保温时间的1/10-1/5。

进一步的是，所述已经完成碳包覆的材料置入烧结炉中采用螺旋进料的方式，材料在出料末端设置排气口排气，排气口是保护气口口径的6倍，排气口设置挡板阀门，根据进气流量的大小控制出气口阀门的大小，对进料中的颗粒进行旋风收集，进料速度和通入烧结炉的保护气体的气体流量正相关，其计算公式为：

l=av/10+0.55（a为矫正常数，范围：0.3＜a＜1.0）

其中v为进料速度，单位为㎏/h，l为保护气体的气体流量，单位为m3/h。

进一步的，所述t℃是根据材料表面碳包覆的结构及本身的性质确定，正极材料所设置的t℃的范围为200℃~350℃，负极材料所设置的t℃的范围为300℃~600℃。

进一步的，所述保护气体为氮气，氩气，氦气等惰性气体的一种或几种。

本发明的有益效果为：

通过去除残余碳的方法，从材料的性质上看，可降低材料的比表面积1-2m²/g，降低材料的ph值0.3-1，并且其他的电性能无损失，另外，由于表面残余碳消除（可通过sem图片对比），降低表面能，间接起到球化颗粒的作用，可对电池正负极材料的打浆过程起到良好的促进作用，加强各活性物质的分散。

附图说明

图1为磷酸铁锂lifepo4碳包覆材料的去应力前的sem图片；

图2为磷酸铁锂lifepo4碳包覆材料的去应力后的sem图片。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明进行进一步说明。

一种碳包覆材料去应力及残余碳的方法，具体制备工艺如下：

s1：低温退火处理：将已经完成碳包覆的材料置入烧结炉中进行t℃保温处理，烧结炉以6℃/min的速率升温至t℃，且t℃上下波动在50℃之内，保温时间为t小时，

当t≤200℃时，t=k(k为固定的常数，2≤k≤24)，

当t＞200℃时，t=k-(t-200)*nn=(t-200)/200；

s2：保温结束后进行降温，降温速率控制在3℃/min，降温至≤80℃，后进行出料，保温和降温过程中均通入保护气体和氧气，所述保护气体的纯度为99.99%，烧结炉共设置六个进气口，分别在炉体两侧设置三个，任一侧设有一个氧气口和两个保护气口，氧气口在保护气口中间，平行设置，压力小于保护气，氧气流量控制在保护气流量的1/200~1/100，使烧结炉内氧气含量在200-1000ppm，氧气处理时间为总保温时间的1/10-1/5。

进一步的是，所述已经完成碳包覆的材料置入烧结炉中采用螺旋进料的方式，材料在出料末端设置排气口排气，排气口是保护气口口径的6倍，排气口设置挡板阀门，根据进气流量的大小控制出气口阀门的大小，对进料中的颗粒进行旋风收集，进料速度和通入烧结炉的保护气体的气体流量正相关，其计算公式为：

l=av/10+0.55（a为矫正常数，范围：0.3＜a＜1.0）

其中v为进料速度，单位为㎏/h，l为保护气体的气体流量，单位为m3/h。

进一步的，所述t℃是根据材料表面碳包覆的结构及本身的性质确定，正极材料所设置的t℃的范围为200℃~350℃，负极材料所设置的t℃的范围为300℃~600℃。

进一步的，所述保护气体为氮气，氩气，氦气等惰性气体的一种或几种。

实施例1

首先将已经完成碳包覆的磷酸铁锂材料进行200℃的保温处理，保温时间在2小时，烧结炉的降温速率控制在6℃/min，保温结束后降温速率控制在3℃/min，在保温和降温过程中需要通保护气体，保护气体的成分为纯度为99.99%的氮气，保证炉内氧气含量在500ppm，氧气处理时间为30min，在材料进入烧结炉中采用螺旋进料的方式，进料速度160㎏/h和气体流量5.5m³/h，排气口调节阀门至1/6敞开，对进料中的颗粒进行旋风收集，材料出料温度控制在80℃。

实施例2

首先将已经完成碳包覆的钛酸锂材料进行300℃的保温处理，保温时间在5小时，烧结炉的降温速率控制在6℃/min，保温结束后降温速率控制在3℃/min，在保温和降温过程中需要通保护气体，保护气体的成分为纯度为99.99%的氮气，保证炉内氧气含量在1000ppm，处理时间60min，材料进入烧结炉中采用螺旋进料的方式，进料速度200㎏/h和气体流量9.05m³/h，排气口调节阀门至1/4敞开，对进料中的颗粒进行旋风收集，材料出料温度控制在50℃。

实施例3

首先将已经完成碳包覆的硅碳材料进行400℃的保温处理，保温时间在8小时，烧结炉的降温速率控制在6℃/min，保温结束后降温速率控制在3℃/min，在保温和降温过程中需要通保护气体，保护气体的成分为纯度为99.99%的氮气，保证炉内氧气含量在1000ppm，处理时间120min，材料进入烧结炉中采用螺旋进料的方式，进料速度120㎏/h和气体流量9.55m³/h，排气口调节阀门至1/4敞开，对进料中的颗粒进行旋风收集，材料出料温度控制在40℃。