一種天然石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種天然石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用，該預(yù)處理方法包括下述步驟：①將天然石墨干燥；②將步驟①得到的材料在1900-2500r/min的轉(zhuǎn)速下持續(xù)5-15分鐘進行混料融合，分級，即可。該預(yù)處理方法能夠提高天然石墨粉末的壓實密度，不會影響到材料原來粒度分布的趨勢，提高材料的形貌規(guī)整度，不影響容量和效率的發(fā)揮，處理后的天然石墨材料安全性好，性質(zhì)穩(wěn)定，批次之間幾乎沒有差別。
【專利說明】一種天然石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天然石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子裝置的普及化，越來越需要性能更好的二次電池。特別令人矚目的是鋰離子電池，與鎳鎘或鎳氫電池相比，使用鋰離子電池具有更高的能量密度，更好的使用性能。目前現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)針對提高電池性能進行了廣泛研究，然而隨著對電池性能要求的進一步提聞，還需要提聞電池的振實密度，從而提聞天然石墨整體的材料性能。
[0003]天然石墨材料具有很好的加工使用性能，但是存在振實密度低的缺點。天然石墨材料在生產(chǎn)加工過程中，一般會有后續(xù)加工分級的程序，而加工分級的生產(chǎn)程序會影響到材料的粒度分布，機器的加工磨損會影響到天然石墨顆粒形貌，進而會使材料整體的振實密度降低。
[0004]在鋰離子電池設(shè)計過程中，壓實密度=面密度/ (極片碾壓后的厚度一集流體厚度)，單位:g/cm3 ;鋰離子動力電池在制作過程中，壓實密度對電池性能有較大的影響。一般來說，壓實密度越大，電池的容量就能做的越高，所以壓實密度也被看做材料能量密度的參考指標(biāo)之一。壓實密度不光和顆粒的大小、密度有關(guān)系，還和顆粒的形貌有關(guān)系，壓實密度大的一般都有很好的粒子正態(tài)分布?？梢哉J為，工藝條件一定的條件下，壓實密度越大，電池的容量越高。
[0005]為了解決上述問題，天然石墨要進行后續(xù)的表面改性處理，以提高材料的壓實密度?，F(xiàn)有技術(shù)提聞天然石墨壓實密度的方法主要有提聞物料的石墨化度，石墨化度的提聞能材質(zhì)更軟，更好壓，從而提高天然石墨的壓實密度。不過現(xiàn)有的技術(shù)存在單純提高材料的石墨化度只能使材質(zhì)更軟，不會改變顆粒的形貌，顆粒的整體粒度分布不會有大的改觀，不能有效的提高壓實密度。該現(xiàn)狀亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服了現(xiàn)有的天然石墨材料的顆粒表面修正不完善，壓實密度低的缺陷，提供了一種提高天然石墨材料的預(yù)處理方法及所得產(chǎn)品和應(yīng)用。該預(yù)處理方法能夠提高天然石墨粉末的壓實密度，不會影響到材料原來粒度分布的趨勢，提高材料的形貌規(guī)整度，不影響容量和效率的發(fā)揮，處理后的天然石墨材料安全性好，性質(zhì)穩(wěn)定，批次之間幾乎沒有差別。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題。
[0008]本發(fā)明提供了一種天然石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:①將天然石墨干燥；②將步驟①得到的材料在1900-2500r/min的轉(zhuǎn)速下持續(xù)5_15分鐘進行混料融合，分級，即可。
[0009]步驟①中，所述的天然石墨為本領(lǐng)域常規(guī)各種普通天然石墨。所述的天然石墨的D50粒徑較佳地為18-24 μ m,更佳地為19-22 μ m。[0010]步驟①中，所述的干燥的方法和條件為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述的干燥一般在干燥箱中進行。所述干燥的時間較佳地為1-4小時，更佳地為1.5-3小時。所述干燥的溫度較佳地在100-120°C，更佳地為120°C。所述干燥的終點以水分占總物料質(zhì)量的1%以下為準(zhǔn)。
[0011]步驟②中，所述的混料的方法和條件為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述的混料一般在高速改性融合機中進行。所述混料的條件較佳地為在1900-2000r/min的轉(zhuǎn)速下持續(xù)8-10分鐘。按本領(lǐng)域常識，在進行所述的混料之前，混料的機器需進行清理、檢測，以沒有雜質(zhì)為佳。
[0012]步驟②中，所述的分級的方法和條件為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述的分級較佳地為氣流分級。所述分級的目數(shù)較佳地為200-250目。所述的氣流分級較佳地采用分級機進行。所述分級機的頻率較佳地為20-25HZ，更佳地為22Hz。所述的分級目的是除去雜質(zhì)和大顆粒。
[0013]本發(fā)明中，依據(jù)各處理設(shè)備的處理能力的不同，所述的天然石墨材料的單次處理量一般為1.5-3公斤，較佳地為2公斤。
[0014]本發(fā)明還提供了由所述預(yù)處理方法制得的天然石墨材料。
[0015]本發(fā)明中，所述天然石墨材料在實際使用之前，按常規(guī)步驟會送檢處理，測定所述天然石墨材料的粒徑、真密度、壓實密度、灰分、容量和效率等參數(shù)。
[0016]本發(fā)明還提供了所述天然石墨材料在制備電池負極材料中的應(yīng)用。
[0017]其中，所述的電池負極材料較佳地為鋰離子電池負極材料。
[0018]本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。
[0019]本發(fā)明的積極進步效果在于:
[0020]1、本發(fā)明的天然石墨材料具有以下優(yōu)點:
[0021]I)壓實密度明顯提高；
[0022]2)整體粒度分布不會受影響，大小顆粒分布的更均勻；
[0023]3)形貌規(guī)整度增加，修飾的更完整均勻，不影響容量和效率的發(fā)揮；
[0024]4)性質(zhì)穩(wěn)定，批次之間幾乎沒有差別。
[0025]2、本發(fā)明的天然石墨材料預(yù)處理方法簡單可行，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為實施例2的天然石墨原料的粒度分布圖。
[0027]圖2為實施例2所制得的天然石墨材料的粒度分布圖。
[0028]圖3為實施例2中天然石墨原料(a)和制得的天然石墨材料(b)的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0029]下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。
[0030]下述實施例中使用的天然石墨材料為上海杉杉科技有限公司生產(chǎn)的天然石墨類
女口
廣叩ο[0031]下述實施例中，高速改性融合機在使用前均經(jīng)過檢查和清理，設(shè)備運行正常，確保無雜質(zhì)。
[0032]實施例1
[0033]天然石墨(記為原料A)，D50粒徑為18 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑為18.2 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.40g/cm3。
[0034]天然石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:
[0035]①將天然石墨放入干燥箱中于120°C干燥1.5小時；
[0036]②將2公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為18.2 μ m的天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為5分鐘，轉(zhuǎn)速為1900r/m ;之后過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz，即可。
[0037]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為18.2 μ m,真密度為2.20g/cm3,壓實密度為1.43g/cm3。
[0038]實施例2
[0039]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為20 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑為20.3 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.43g/cm3。
[0040]天然石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:
[0041]①將天然石墨放入干燥箱中于120°C干燥1.5小時；
[0042]②將2公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為20.3 μ m的天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為5分鐘，轉(zhuǎn)速為1900r/m ;之后過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz，即可。
[0043]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為20.2 μ m,真密度為2.20g/cm3,壓實密度為1.47g/cm3。
[0044]實施例3
[0045]天然石墨(記為原料A)，D50粒徑為18 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑為18.2 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.40g/cm3。
[0046]天然石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:
[0047]①將天然石墨放入干燥箱中于120°C干燥2.0小時；
[0048]②將2公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為18.2 μ m的天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為10分鐘，轉(zhuǎn)速為1900r/m ;之后過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz。
[0049]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為18.1 μ m,真密度為2.20g/cm3,壓實密度為1.50g/cm3。
[0050]實施例4
[0051]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為20 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑為20.3 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.43g/cm3。
[0052]天然石墨材料的預(yù)處理方法,其包括下述步驟:
[0053]①將天然石墨材料放入干燥箱中于120°C干燥1.5小時；使材料整體呈干燥細粉狀；
[0054]②將2公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為20.3 μ m的天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為5分鐘，轉(zhuǎn)速為2200r/m ;之后過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz。[0055]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為20.2 μ m,真密度為2.20g/cm3,壓實密度為1.5lg/cm3ο
[0056]實施例5
[0057]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為20 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑為20.3 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.43g/cm3。
[0058]天然石墨材料的預(yù)處理方法,其包括下述步驟:
[0059]①將天然石墨放入干燥箱中于120°C干燥1.5小時，使材料整體呈干燥細粉狀；
[0060]②將2公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為20.3 μ m天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為15分鐘，轉(zhuǎn)速為2500r/m ;之后過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz。
[0061]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為20.0 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.53g/cm3。
[0062]對比實施例1
[0063]天然石墨(記為原料A)，D50粒徑為18 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑為18.2 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.40g/cm3。
[0064]天然石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:
[0065]①將天然石墨放入干燥箱中于120°C干燥1.5小時；
[0066]②將2公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為18.2 μ m的天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為5分鐘，轉(zhuǎn)速為1000r/m ;之后過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz，即可。
[0067]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為18.2 μ m,真密度為2.20g/cm3,壓實密度為1.40g/cm3。
[0068]對比實施例2
[0069]天然石墨(記為原料B)，D50粒徑為20 μ m左右，原料共2公斤，預(yù)處理前檢測樣品，其D50粒徑為20.3 μ m，真密度為2.20g/cm3，壓實密度為1.43g/cm3。
[0070]天然石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:
[0071]①將天然石墨放入干燥箱中于120°C干燥1.5小時；
[0072]②將2公斤經(jīng)干燥的D50粒徑為20.3 μ m的天然石墨放入高速改性融合機中混料，時間為5分鐘，轉(zhuǎn)速為3000r/m ;之后過物料分級機處理即可，分級處理頻率為22Hz，即可。
[0073]經(jīng)檢測，該天然石墨材料的D50粒徑為20.1 μ m,真密度為2.20g/cm3,壓實密度為1.41g/cm3。
[0074]效果實施例
[0075]對實施例1-5和對比例1-2中的天然石墨負極材料分別進行粒徑、真密度、壓實密度及灰分等項指標(biāo)測試；采用半電池測試方法對實施例1-5和對比例1-2中的天然石墨材料進行放電容量以及首次充放電效率的測試，結(jié)果均列于表I。同時還進行過篩性能檢測，結(jié)果均列于表2。
[0076]測定方法及測定儀器:D50粒徑，激光粒度分布儀MS2000 ;真密度TD-1200，超級恒溫水槽SC-15 ;灰分，高溫電爐SX2-2.5-12 ;真密度GBT8330-2008 ;壓實密度，壓實密度測定儀TRMD-1，壓實密度=面密度/ (極片碾壓后的厚度一集流體厚度)。[0077]半電池測試方法為:天然石墨材料、含有6~7%聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮及2%的導(dǎo)電炭黑按91.6:6.6:1.8的質(zhì)量比例混合均勻，涂于銅箔上，將涂好的極片放入溫度為110°C真空干燥箱中真空干燥4小時備用。模擬電池裝配在充氬氣的德國布勞恩手套箱中進行，電解液為lMLiPF6+EC:DEC:DMC = 1:1:1 (體積比)，金屬鋰片為對電極，電化學(xué)性能測試在美國ArbinBT2000型電池測試儀上進行，充放電電壓范圍為0.005至1.0V,充放電速率為0.1C。
[0078]過篩性能檢測方法:將篩網(wǎng)折成漏斗狀，使其包住燒杯口，并用橡皮筋套在燒杯口使其固定，將混合好的漿料倒入少許篩網(wǎng)(200目)上，用勺子輕輕擠壓，觀察漿料過篩情況如何。如果無法過篩，則換目數(shù)更小的篩網(wǎng)(如果100目仍然無法過篩，則不再過篩，再視具體情況看是否需要涂布)，選好合適的篩網(wǎng)后，將漿料倒入篩網(wǎng)上，用勺子輕輕擠壓，慢慢使?jié){料流入下面燒杯，當(dāng)需要注意篩上物的時候可以用水沖洗篩網(wǎng)，然后觀察篩上物是否有大顆粒等現(xiàn)象。
[0079]表1各實施例的天然石墨材料的性能參數(shù)
[0080]
【權(quán)利要求】
1.一種天然石墨材料的預(yù)處理方法，其包括下述步驟:①將天然石墨干燥將步驟①得到的材料在1900-2500r/min的轉(zhuǎn)速下持續(xù)5_15分鐘進行混料融合，分級，即可。
2.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟①中，所述的天然石墨的D50粒徑為 18-24 μ m。
3.如權(quán)利要求2所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟①中，所述的天然石墨的D50粒徑為 19-22 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟①中，所述干燥的時間為1-4小時；所述干燥的溫度在100-120°C。
5.如權(quán)利要4所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟①中，所述干燥的時間為1.5-3小時。
6.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟②中，所述的混料在高速改性融合機中進行；所述混料的條件為在1900-2000r/min的轉(zhuǎn)速下持續(xù)8_10分鐘。
7.如權(quán)利要求1所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟②中，所述的分級為氣流分級；所述分級的目數(shù)為200-250目。
8.如權(quán)利要求7所述的預(yù)處理方法，其特征在于，步驟②中，所述的氣流分級采用分級機進行；所述分級機的頻率為20-25HZ。
9.一種如權(quán)利要求1-8任一項所述預(yù)處理方法制得的天然石墨材料。
10.如權(quán)利要求9所述的天然石墨材料在制備電池負極材料中的應(yīng)用。
【文檔編號】H01M4/583GK103855396SQ201210516779
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月5日
【發(fā)明者】張華 , 李輝, 喬永民, 丁曉陽, 杜旭, 韓家安, 楊凱 申請人:寧波杉杉新材料科技有限公司