[发明专利]一种高性能负极材料的生产工艺及装置

说明书

一种高性能负极材料的生产工艺及装置，装置包括熔化罐、改质罐、气体加热器、破碎机、筛分机、氧化床、高温炭化炉，所述熔化罐连接改质罐，所述气体加热器连接改质罐，所述改质罐的出料口向破碎机送料，所述破碎机向筛分机送料，筛分机向氧化床送料，氧化床出料口连接高温炭化炉。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：制备过程简单，原料来源广泛，所制得的负极材料用在锂离子电池负极材料时比容量高、循环性能好、倍率充放电性能好，易于实现产业化且工业生产易操作。

技术领域

本发明属于硬炭负极材料的制备方法及应用，尤其涉及一种高性能负极材料的生产工艺及装置。

背景技术

随着化石燃料的日益枯竭及环境的逐步恶化，新能源的发展越来越重要，锂离子电池因其能量密度高、环境友好、结构多样化及价格低廉等优异特性成为混合动力汽车、空间技术等高端储能系统的理想电源。市场上已经产业化的负极材料主要是炭类材料，包括石墨化碳材料(如天然石墨、改性石墨、中间相炭微球等等)和无定形碳(软炭、硬炭)。石墨具有完美的片层结构和以六角形方式排列的碳原子，锂离子插入平行片层形成层间化合物，平台电位较低，但是大电流密度下充放电性能较差，动力性能不理想；软炭石墨化程度较低，片层间距较大，与电解液中溶剂相容性好，但充放电容量不高，价格较贵；硬炭的立体交联结构使得它具有较高的Li⁺扩散系数和较宽的嵌锂电位区间，适合大电流充放电，循环寿命长、倍率性能高、比容量高，成本低等等，从而被认为是将来最有潜力的锂离子电池负极材料。

专利CN103011127A将软化点低于280℃的沥青破碎固化、炭化的方式制取硬炭，所得硬炭负极材料比表面积高，使得首次充放电不可逆容量增加，降低了电极材料的充放电效率；专利CN105645379A提供了一种将熔融沥青薄膜蒸馏分离出重油和重质组分制备硬炭的方法，该方法产品收得率低，设备特殊，后续处理工艺复杂，工艺流程长，不易实现工业化生产。

发明内容

本发明提供了一种高性能负极材料的生产工艺及装置，制备过程简单，原料来源广泛，所制得的负极材料用在锂离子电池负极材料时比容量高、循环性能好、倍率充放电性能好，易于实现产业化且工业生产易操作。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高性能负极材料的生产工艺，将沥青原料送入熔化罐熔化，熔化后打入改质罐改质，改质沥青破碎、筛分后经氧化床处理，进入高温炭化炉炭化得到负极材料，具体工艺步骤包括：

1)原料预处理：硬质沥青经粗破粉碎后，经斗式提升机进入料仓，通过给料机将沥青打入熔化罐熔化；液体沥青直接打入熔化罐熔化；

2)改质：熔化后沥青打入改质罐，将空气或氮气经气体加热器通入改质罐对原料进行改质；

3)粉碎筛分：改质沥青冷却至室温，经粉碎机粉碎，控制粒径，筛分机筛分分级；

4)氧化稳定化：将分级后的粉料经氧化床进行氧化处理；

5)炭化：氧化处理后物料进入高温炭化炉，进行炭化。

所述硬质沥青粗破粒度为小于1cm的沥青粉料。

上述步骤1)中熔化罐的温度为100～200℃，升温速率为1～15℃/min，恒温时间为0.5～5h。

上述步骤2)中气体加热器温度为300～450℃；改质罐工艺参数如下：

反应温度：240～380℃；

反应时间：5～15h；

搅拌速率：80～300转/min；

气量：30～140L/h。

上述步骤2)中改质沥青软化点为280～400℃。

上述步骤3)粉碎筛分粒度D50为10～25μm。