1.本發(fā)明涉及鋰電池負極材料技術領域，具體是一種鋰電池用低成本負極材料及其制備方法。

背景技術：

2.最近十年，動力電池市場飛速發(fā)展，導致整個鋰電池原材料產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)出量驟增。自2020年，石墨化產(chǎn)能成為負極行業(yè)供應鏈瓶頸，人造石墨的關鍵工序石墨化產(chǎn)能嚴重不足，制約人造石墨出貨量。石墨化加工費用上漲50％-150％，同時導致石墨負極價格高漲。

3.石墨化工藝的主要作用是通過3000℃左右的高溫熱處理降石油焦體或煤系焦體由熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，無序的碳原子層轉變?yōu)橛行虻膶訝罱Y構。在傳統(tǒng)艾奇遜爐中，其實不僅石油焦或煤焦原料接受3000℃熱處理，同樣在爐中盛裝石墨材料的的坩堝也經(jīng)歷相同高溫轉變。其中石墨化坩堝是除電費以外占據(jù)石墨化成本最高的加工消耗，同為碳制品的坩堝經(jīng)過多次高溫石墨化燒結后也應具備了人造石墨的特性，并且優(yōu)質(zhì)的人造石墨原材料匱乏。

技術實現(xiàn)要素：

4.本發(fā)明的目的在于提供一種鋰電池用低成本負極材料及其制備方法，以解決背景技術中提出的問題。

5.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

6.一種鋰電池用低成本負極材料，包括以下原料：包括石墨化坩堝碎片和輔助材料，其中，輔助材料為瀝青或者液相油。

7.在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還提供以下可選技術方案：

8.在一種可選方案中：所述石墨化坩堝碎片是至少一次艾奇遜爐石墨化的石墨匣缽，石墨化坩堝碎片可以是方形或者圓形不同形狀；材質(zhì)一般采用碳素制品，包括不限于一些石油煅后焦、石墨化電阻料、石墨電極碎。

9.在一種可選方案中：所述瀝青為軟化點≥200℃的高溫瀝青，瀝青加入比例范圍在3％-10％。

10.在一種可選方案中：所述液相油可以是瀝青加工的液相副產(chǎn)物，成分主要為雜環(huán)芳香烴、酮類、烴類、樹脂、瀝青、重油中的一種或多種混合物，粘度在100-1000mm2/s，殘?zhí)恐翟?％-28％，也可以是液相酚醛樹脂類硬碳；其中，液相油加入比例在3％-20％。

11.一種如上述所述的鋰電池用低成本負極材料的制備方法，包括以下步驟：

12.步驟1：將石墨化坩堝碎片輸入至破碎機中破碎，再通過磨機粉碎，經(jīng)過循環(huán)整形機改善形貌去除細粉及大顆粒；

13.步驟2：將整形后的粉體進行除磁，得到材料a；

14.步驟3：將材料a與輔助材料均勻混合后，送入炭化爐中進行熱處理，經(jīng)過粗碎篩分得到負極材料。

15.在一種可選方案中：上述步驟1中采用的破碎機可以是錘式破碎機、顎式破碎機、對輥破碎機等，坩堝片破碎后的粒度≤2cm。

16.在一種可選方案中：上述步驟1中采用的磨機可以是機械磨或者輥壓磨，尤其是坩堝料粉碎出來的粒度控制范圍10-20μm，振實密度≥0.6g/cm3，比表面積在5-20m2/g。

17.在一種可選方案中：上述步驟1中采用的循環(huán)整形機是單臺沖擊式多級分級磨，磨腔內(nèi)由多個磨盤并聯(lián)在同一個動力軸上；或者，單臺沖擊式單級分級磨，優(yōu)選的，為更好地實現(xiàn)振實目標一般進行三遍或者多遍分級，即多臺沖擊式單級分級磨串聯(lián)，串聯(lián)數(shù)量是3臺-20臺；不僅可以去除細粉和大顆粒，同時能夠去除顆粒表面的粉刺和棱角，改善顆粒的形貌和球形度，提升振實；特別地，整形出來的粒度控制范圍10-20μm，振實密度≥0.8g/cm3，比表面可下降至≤12m2/g。

18.在一種可選方案中：上述步驟2中采用的除磁手段可以是電除磁或者除磁效果更加顯著的設備，優(yōu)選的坩堝料除磁水平為≤10000ppb。

19.在一種可選方案中：上述步驟3中采用的混合設備可以是高速vc或者機械融合機；重點實現(xiàn)固固相或者固液相均勻混合即可。

20.在一種可選方案中：上述步驟3中采用的炭化爐可以是輥道窯、推板窯、隧道窯中的一種或多種；優(yōu)選的，炭化熱處理溫度為800-1300℃，升溫時間4-8h，保溫時間4-8h，降溫時間4-8h。

21.在一種可選方案中：上述步驟3中粗碎使用棒銷式磨機，對材料表面?zhèn)π?；篩分使用200-400目篩網(wǎng)，得到的材料b粒度控制d50在10-20μm，振實密度≥0.9g/cm3，比表面積≤3m2/g，容量≥345mah/g，首效≥90％。

22.相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果如下：

23.本發(fā)明工藝成本極低，通過艾奇遜爐裝填材料的石墨化坩堝制備適合鋰電池負極應用的石墨材料，與常規(guī)人造石墨材料相比節(jié)省了能耗極高的石墨化工序，同步緩減石墨化產(chǎn)能瓶頸；

24.本發(fā)明在于艾奇遜爐輔料價值提升利用的同時豐富了負極市場低成本產(chǎn)品的結構，由此可節(jié)省常規(guī)人造石墨原材料的消耗，緩解人造石墨產(chǎn)品原材料匱乏的現(xiàn)狀。

附圖說明

25.圖1為實施例一所制得的充放電曲線圖。

26.圖2為實施例一所制得的低成本負極材料的電鏡圖。

27.圖3為實施例一所制得的低成本負極材料的x射線衍射譜圖。

具體實施方式

28.為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。本發(fā)明所列舉的各實施例僅用以說明本發(fā)明，并非用以限制本發(fā)明的范圍。對本發(fā)明所作的任何顯而易知的修飾或變更都不脫離本發(fā)明的精神與范圍。

29.實施例一

30.本發(fā)明實施例提供了一種鋰電池用低成本負極材料的制備方法，該方法包括以下

步驟：

31.步驟1：將1噸經(jīng)歷過2次艾奇遜石墨化的坩堝砸成碎片，投入到顎式破碎機，得到0-1cm大小的碎塊，然后經(jīng)過輥壓磨粉碎，得到d50約14μm的微粉體，比表面積13.5m2/g；

32.步驟2：將粉碎后的粉體投入到?jīng)_擊式多級分級磨中，進行去細粉和去大顆粒；得到表面圓潤的石墨顆粒，d50約為15μm，比表面積11.3m2/g；

33.步驟3：將分級后的物料進行電除磁，所得物料磁性為4300ppb；

34.步驟4：將除磁后的物料與軟化點200的高溫瀝青按照重量比例100:6使用高速vc機混合均勻，送入推板窯中進行炭化，炭化溫度采用1200℃，升溫時間6h，恒溫時間6h，降溫時間6h；

35.步驟5：炭化完成后的物料采用棒銷磨破碎，經(jīng)過300目篩網(wǎng)篩分，進行粉體測試。

36.實施例二

37.本發(fā)明實施例提供了一種鋰電池用低成本負極材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

38.步驟1：將1噸經(jīng)歷過3次艾奇遜石墨化的坩堝砸成碎片，投入到顎式破碎機，得到0-1cm大小的碎塊，然后經(jīng)過輥壓磨粉碎，得到d50約16μm的微粉體，比表面積12.9m2/g；

39.步驟2：將粉碎后的粉體投入到?jīng)_擊式多級分級磨中，進行去細粉和去大顆粒；得到表面圓潤的石墨顆粒，d50約為17.5μm，比表面積9.3m2/g；

40.步驟3：將分級后的物料進行電除磁，所得物料磁性為5700ppb；

41.步驟4：將除磁后的物料與軟化點250的高溫瀝青按照重量比例100:5使用機械融合機高速混合均勻，送入輥道窯中進行炭化，炭化溫度采用1150℃，升溫時間6h，恒溫時間6h，降溫時間6h；

42.步驟5：炭化完成后的物料采用棒銷磨破碎，經(jīng)過300目篩網(wǎng)篩分，進行粉體測試。

43.實施例三

44.步驟1：將1噸經(jīng)歷過3次艾奇遜石墨化的坩堝砸成碎片，投入到對輥破碎機，得到0-2cm大小的碎塊，然后經(jīng)過機械磨粉碎，得到d50約18μm的微粉體，比表面積11.6m2/g；

45.步驟2：將粉碎后的粉體投入到?jīng)_擊式單級分級磨中，使用10臺串聯(lián)，進行去細粉和去大顆粒；得到表面圓潤的石墨顆粒，d50約為19.1μm，比表面積8.2m2/g；

46.步驟3：將分級后的物料進行電除磁，所得物料磁性為6900ppb；

47.步驟4：將除磁后的物料與液相酚醛樹脂硬碳按照重量比例100:5使用機械融合機高速混合均勻，送入輥道窯中進行炭化，炭化溫度采用1150℃，升溫時間6h，恒溫時間6h，降溫時間6h；

48.步驟5：炭化完成后的物料采用棒銷磨破碎，經(jīng)過300目篩網(wǎng)篩分，進行粉體測試。

49.測驗：

50.以上三個實例制得的粉體進行基礎指標扣電電化學性能測驗，對比例采用常規(guī)人造石墨單顆粒產(chǎn)品，測試結果如下表以及附圖1-3：

[0051][0052][0053]

由上述可知采用本發(fā)明方法工藝成本極低，通過艾奇遜爐裝填材料的石墨化坩堝制備適合鋰電池負極應用的石墨材料，與常規(guī)人造石墨材料相比節(jié)省了能耗極高的石墨化工序，同步緩減石墨化產(chǎn)能瓶頸。相對于常規(guī)的人造石墨各種基礎指標扣電電化學性能相近。

[0054]

以上所述，僅為本公開的具體實施方式，但本公開的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本公開揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本公開的保護范圍之內(nèi)。因此，本公開的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。技術特征：

1.一種鋰電池用低成本負極材料，其特征在于，包括以下原料：包括石墨化坩堝碎片和輔助材料，其中，輔助材料為瀝青或者液相油。2.根據(jù)權利要求1所述的鋰電池用低成本負極材料，其特征在于，所述石墨化坩堝碎片是至少一次艾奇遜爐石墨化的石墨匣缽。3.根據(jù)權利要求1所述的鋰電池用低成本負極材料，其特征在于，所述瀝青為軟化點≥200℃的高溫瀝青，瀝青加入比例范圍在3％-10％。4.根據(jù)權利要求1所述的鋰電池用低成本負極材料，其特征在于，液相油為瀝青加工的液相副產(chǎn)物或者液相酚醛樹脂類硬碳，液相油加入比例在3％-20％。5.一種如權利要求1-4任一項所述的鋰電池用低成本負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟s1：將石墨化坩堝碎片輸入至破碎機中破碎，再通過磨機粉碎，經(jīng)過循環(huán)整形機改善形貌去除細粉及大顆粒；步驟s2：將整形后的粉體進行除磁，得到材料a；步驟s3：將材料a與輔助材料均勻混合后，送入炭化爐中進行熱處理，經(jīng)過粗碎篩分得到負極材料。6.根據(jù)權利要求5所述的鋰電池用低成本負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中的破碎機為錘式破碎機、顎式破碎機或對輥破碎機，且石墨化坩堝碎片破碎后的粒度≤2cm。7.根據(jù)權利要求5所述的鋰電池用低成本負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中采用的磨機為機械磨或者輥壓磨，其中，石墨化坩堝碎片粉碎出來的粒度控制范圍10-20μm，振實密度≥0.6g/cm3，比表面積在5-20m2/g。8.根據(jù)權利要求5所述的鋰電池用低成本負極材料的制備方法，其特征在于，所述循環(huán)整形機是單臺沖擊式多級分級磨，磨腔內(nèi)由多個磨盤并聯(lián)在同一個動力軸上，整形出來的粒度控制范圍10-20μm，振實密度≥0.8g/cm3，比表面可下降至≤12m2/g。9.根據(jù)權利要求5所述的鋰電池用低成本負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中炭化爐為輥道窯、推板窯、隧道窯中的一種或多種；其中，炭化熱處理溫度為800-1300℃，升溫時間4-8h，保溫時間4-8h，降溫時間4-8h。10.根據(jù)權利要求5所述的鋰電池用低成本負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中粗碎使用棒銷式磨機，篩分采用200-400目篩網(wǎng)，其中，負極材料的粒度控制d50在10-20μm，振實密度≥0.9g/cm3，比表面積≤3m2/g，容量≥345mah/g，首效≥90％。

技術總結

本發(fā)明公開了一種鋰電池用低成本負極材料的制備方法，涉及鋰電池負極材料技術領域，該方法包括以下步驟：步驟S1：將石墨化坩堝碎片輸入至破碎機中破碎，再通過磨機粉碎，經(jīng)過循環(huán)整形機改善形貌去除細粉及大顆粒；步驟S2：將整形后的粉體進行除磁，得到材料A；步驟S3：將材料A與輔助材料均勻混合后，送入炭化爐中進行熱處理，經(jīng)過粗碎篩分得到負極材料。本發(fā)明在于艾奇遜爐輔料價值提升利用的同時豐富了負極市場低成本產(chǎn)品的結構，由此可節(jié)省常規(guī)人造石墨原材料的消耗，緩解人造石墨產(chǎn)品原材料匱乏的現(xiàn)狀。材料匱乏的現(xiàn)狀。材料匱乏的現(xiàn)狀。

技術研發(fā)人員：龐成志 許曉落 安靜 劉暢

受保護的技術使用者：山西尚太鋰電科技有限公司

技術研發(fā)日：2022.12.09

技術公布日：2023/3/28