【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鋰離子二次電池領域，尤其是關于其中使用的人造石墨負極材料。
技術介紹
1、石墨粉體作為鋰離子電池的負極活性材料，具有較高的比容量，較低的還原電位，良好的電化學可逆性，低的體積膨脹率，高的電子導電率，原料來源廣泛，是目前鋰離子二次電池應用主流的負極材料。
2、商業化的石墨負極材料主要包括人造石墨和天然石墨；天然石墨的優點是成本低，壓實密度高，主要缺點是：(1)天然石墨粉體的表面粗糙，活性位點多，比表面積大，首次充放電時在負極活性材料的表面形成sei膜的過程反應消耗浪費的鋰資源較多，導致首次充放電效率低，即行業簡稱的首效低；(2)天然石墨的多晶體各向異性明顯，sei在粉體表面反應生長后的厚度不均勻，其中較厚處的sei膜在電池充放電循環時存在開裂甚至剝離的情況，會不斷消耗鋰源，影響電池的循環壽命；(3)天然石墨粉體各向異性明顯還會導致在充放電時負極材料的體積膨脹不容易互相抵消，電池容易鼓脹導致極組間距波動大，電池循環壽命下降較快；(4)天然石墨粉體多晶體的各向異性還導致鋰離子的插入或脫出只能從天然石墨粉體多晶體的某些端面進行，導致插入或脫出的有效面積較小，電池的充放電倍率特性較差，快充時容易析鋰，電池安全性不佳。
3、目前動力電池和儲能電池行業主流是采用人造石墨粉體作為負極活性材料，如全部由中間相碳微球或者由煅燒后的針狀焦作為原料，在2900-3100℃高溫區間進行高溫石墨化處理，冷卻后進行粉碎整形后得到的人造石墨粉體，與鱗片狀天然石墨粉體的晶體結構的晶體取向呈現各向異性特征相比，人造石墨粉體的多
4、作為動力電池和儲能電池使用的長壽命負極材料，為了提高sei生長成膜的均勻性，提升電池的首效和循環壽命，某些人造石墨粉體采用核殼結構的包覆型產品結構，如采用瀝青或糠醛樹脂等碳素前驅體將天然石墨粉體或者針狀焦粉體進行包覆改性，然后進行中溫碳化及中溫石墨化處理，然后粉碎后分級，制造包覆型的核殼結構的人造石墨粉體，期望得到具有低結晶度和低石墨化度的無定形碳為主的碳素材料表層，期望降低粉體表面與電解液初始接觸時反應形成sei膜的厚度；傳統的人造石墨包覆工藝存在以下缺點：(1)工藝復雜，產品制造周期長，整體能耗偏高；(2)包覆型人造石墨粉體材料的殼和核之間的界面強度有限，制造負極極片時在強力輥壓時，包覆殼層容易被壓潰，導致電池首效仍然不夠滿意，循環壽命存在質量波動，電池一致性也有待改善；(3)包覆無定形碳層的均勻性很難控制，在包覆以及高溫碳化后需要采用粉碎工藝，粉碎后形成的粉體破裂表面具有較高的反應活性，粉碎后形成的包覆層微觀上不均勻，影響粉體的比表面積和首效，sei膜的成膜均勻性不佳。
5、傳統的高溫石墨化及包覆后碳化/粉碎/分級制造人造石墨負極材料方法存在能耗高，生產周期長，成本高，表面包覆層不夠均勻，sei膜生長不均勻等缺點，需要改進。
6、本專利技術人在中國專利申請cn202210708922.2，cn202210702022.7，cn202210889452.4，cn202310603657.6中提出了采用高低溫鐵水孕育方法制造人造石墨負極材料的技術方案；其中cn202210708922.2提出采用惰性氣體將石墨前驅體精粉噴吹輸送進鐵水中，在1750-2000℃高溫區間進行高溫孕育，鐵水的初始碳含量高于4％，降溫至1250-1600℃進行低溫孕育的技術方案，該方案采用氣體噴吹輸送粉體原料存在惰性氣體消耗量大，原材料粉體不容易實現預熱，對鐵水存在較強的冷卻作用，生產投放原材料的速度受到抑制；另外還存在碳素粉體飛揚到石墨坩堝外部造成電氣短路的安全隱患。cn202210702022.7和cn202210889452.4提出采用副活塞的底部負壓吸附裝有石墨前驅體精粉的鋼制料筒向鐵水中投送原材料的技術方案，采用主/副活塞聯合實現對碳素粉體壓制在鐵水中進行高溫孕育和低溫孕育的功能，在出料環節，在向真空爐外部采用負壓抽吸-氣力輸送方式排出粉體物料時，存在粉體通過主/副活塞和石墨坩堝的配合間隙泄露到坩堝外部的問題，容易造成電氣短路安全隱患；其中高溫孕育的溫度區間采用介于1750至2150℃或者介于1850至2150℃；1750℃以上的高溫進行高溫孕育處理，石墨坩堝同下部的支撐耐火材料容易發生高溫還原反應，設備穩定性堪憂；低溫孕育的溫度區間采用介于1300-1650℃或者1350-1650℃；另外人造石墨粉體在出料用的螺旋冷卻流道中流動時容易出現局部架橋堵粉現象，出料存在流動不暢的缺點，生產效率不夠滿意。cn202310603657.6提出采用石墨材料制作的螺旋定量輸送器向鐵水中直接輸送原材料粉體的技術方案和采用碳纖維編織布和碳刷的兩級氣固分離屏障作為高溫氣-固密封措施來防止碳素粉體向坩堝外部的飄揚，一定程度上可以改善上述問題；但是受限于碳纖維編織布的孔徑大小和碳纖維制作的碳刷的疲勞壽命，高溫密封材料的透氣防塵的密封可靠性，以及如何滿足設備安全運行，仍是待改善的工程課題；采用螺旋定量輸送器向鐵水中輸送碳素原材料粉體容易造成碳素粉體局部壓實結團，形成碳素粉體的微多孔團聚體，在鐵水中高低溫孕育后，在后續的上浮排出物料的環節，碳素粉體微多孔團聚體容易夾雜較多的鐵，上浮容易受到抑制，即使上浮后的碳素粉體微多孔團聚體-鐵的混合物，又為后續的酸洗除鐵增加較多的工作負荷。
7、針對傳統高溫石墨化方法制造人造石墨負極材料所存在的上述能耗高生長周期長，生成成本高等諸多缺點和不足；并針對本專利技術人上述四項有關高低溫鐵水孕育方法制造人造石墨負極材料專利申請中所存在的一些問題和不足，特提出本專利技術。
技術實現思路
1、本專利技術提出一種經濟環保，制造能耗低，生成效率高，石墨化和包覆沉積在同一設備內一次性完成，生產周期快，原材料利用率高，設備運行穩定，人造石墨產品克容量大，首效高，量產穩定的鋼水孕育制造人造石墨負極材料的方法與裝置，具體技術方案和生產步驟闡述如下：
2、(1)向低碳含量高溫鋼水中投放非壓實狀態的碳素粉體物料
3、本專利技術采用低碳本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.鋼水孕育制造人造石墨負極材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的鋼水孕育制造人造石墨負極材料的方法，本專利技術的制造裝置特征如下，裝置上部布置的上料用的真空倉；裝置的中部布置的對鋼桶包裝的原材料粉體進行預熱功能的預熱真空倉；裝置的下部為真空爐，在其中的坩堝內部利用低碳含量的鋼水對碳素粉體原材料實現高低溫級聯孕育處理，所有未經處理的碳素粉體原材料必須先經過陶瓷套管內部進入鋼水中，實現碳素粉體同高溫鋼水的接觸和潤濕，高低溫級聯孕育處理后進入到達坩堝上部的環形出料盲區；坩堝上部的環形出料盲區配置有排料用的進氣管及進氣口，并配置有排料用的傾斜向上的出料管及其連接的出粉水冷螺旋輸送器，用于將上浮后的人造石墨粉體向爐外排料；傾斜向上的出料管，其高度和傾斜度可以防止鋼水/鐵水進入到出粉水冷螺旋輸送器的內部；排料用的惰性氣體從坩堝的上部的進氣管處導入，經過坩堝筒壁的進氣口導入到坩堝上部的環形出料盲區內，在環形出料盲區內高溫的氣-固兩相混合物通過氣力輸送，在負壓抽吸的壓差作用下先進入出料管，然后進入出粉水冷螺旋輸送器，經過出粉水冷螺旋輸送器的壁面的強力熱交換
...【技術特征摘要】
1.鋼水孕育制造人造石墨負極材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的鋼水孕育制造人造石墨負極材料的方法，本發明的制造裝置特征如下，裝置上部布置的上料用的真空倉；裝置的中部布置的對鋼桶包裝的原材料粉體進行預熱功能的預熱真空倉；裝置的下部為真空爐，在其中的坩堝內部利用低碳含量的鋼水對碳素粉體原材料實現高低溫級聯孕育處理，所有未經處理的碳素粉體原材料必須先經過陶瓷套管內部進入鋼水中，實現碳素粉體同高溫鋼水的接觸和潤濕，高低溫級聯孕育處理后進入到達坩堝上部的環形出料盲區；坩堝上部的環形出料盲區配置有排料用的進氣管及進氣口，并配置有排料用的傾斜向上的出料管及其連接的出粉水冷螺旋輸送器，用于將上浮后的人造石墨粉...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李鑫，吉學文，王健，戚健，鄧新建，李輝，
申請(專利權)人：深圳市鋼昱碳晶科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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