【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及人造石墨的原料評價，涉及一種人造石墨原料性能的快速評價方法。
技術介紹
1、全球新能源汽車市場進入發展快車道已經成為業界共識。未來3～5年，新能源汽車產業將呈高速增長，預計2025年全球新能源汽車產量將突破1000萬輛。鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、充放電性能好、使用電壓高、無記憶效應、污染較小和安全性高等優勢，同時相對于各類燃料電池、空氣電池及超級電容電池，鋰離子電池技術明顯更成熟。
2、目前鋰電池負極材料一般分為碳系負極和非碳系負極，其中碳系負極可分為石墨、硬碳、軟碳負極等，石墨又可分為人造石墨、天然石墨、中間相炭微球；非碳系負極包括鈦酸鋰、錫類合金負極、硅類負極等。2021年中國鋰電負極市場出貨量為72萬噸，同比增長97％，其中人造石墨占比84％，天然石墨將至14％。之所以人造石墨成為主要的儲鋰材料，是由于人造石墨的原料來源豐富，有著適合鋰離子嵌入和脫嵌的層狀結構，能夠形成鋰-石墨層間化合物，具有電壓平臺低和嵌脫過程中體積變化小等優點。
3、石墨材料的儲鋰方式有三種：層間儲鋰、端面儲鋰和表面儲鋰。石墨層愈發達，插入鋰量愈多，儲鋰量愈大。石墨片層邊端暴露的碳原子處于一種無定型狀態，能量高，是鋰離子的活性位點，即端面儲鋰。石墨表面的碳原子與鋰離子的鍵合與邊端類似，即表面儲鋰。但絕大多數鋰離子在電壓低于0.25v時，開始嵌入層內并形成不同階的石墨層間化合物，即層間儲鋰貢獻了93％以上的容量。一般軟碳(如瀝青焦、石油焦等)必須經過石墨化處理后，才會轉化為石墨結構，因此，石墨化是以軟碳為
4、目前，熱處理溫度與材料石墨微晶參數之間的內在關系已得到系統研究，如中國專利文獻cn111766173a公開了將生焦樣品晾干、粗破后全過篩4mm，得到初級焦粉，再在氮氣氛中于700～800℃下進行熱處理后，粉碎至全過篩0.071mm，得到次級焦粉；將次級焦粉在110～140℃下進行真空干燥后，在空氣氛中，以2～5℃/min的速率從50℃升溫至900℃進行熱重檢測，確定石墨化度變化的反應起始溫度以及可逆容量變化的反應起始溫度。
5、中國專利文獻cn107764681a公開了取至少2組焦原料，使各組焦原料組間的粒度d50偏差≤2μm，且各組焦原料組內的比表面積偏差≤2m2/g，揮發分偏差≤2％；分別對至少2組焦原料中的每一個焦原料樣品在氧化性氣氛下進行熱重測試，得到氧化反應失重起始溫度；分別以焦原料樣品的石墨化品作為負極活性物質制成極片，并測試焦原料石墨化后成品容量；最后根據氧化反應失重起始溫度和焦原料石墨化后成品容量的數據繪圖，得到焦原料石墨化后成品容量和氧化反應失重起始溫度的關系。
6、以上均是以軟碳焦樣進行熱重分析，體現了固定碳的熱穩定性，是相對宏觀的性質體現，不能對微晶結構差異引起的晶體生長或消失等差異進行區分，容量和溫度點之間的關聯度也較低。但是，目前軟碳的微晶結構與石墨化后的微晶參數關聯仍未建立。因此，若想知道軟碳原料最終制得的負極材料的電化學性能，必須經過石墨化加工，然后組裝成電池并進行電化學性能測試；從拿到原料到電化學數據至少需要3-4個月的時間。
7、鑒于石墨化過程中發生石墨微晶在徑/軸向的有序排列、晶界的消失、晶體界面處c-c六圓環的形成、晶體的生長，還涉及石墨層邊界處不飽和碳原子的催化反應、碳原子或氣體分子的熱震動、石墨微晶的各向異性特性、石墨層層間的范德華力等微觀熱力學或動力學行為。以上都與原料的微晶結構存在聯系，因此，如果能夠基于原料的微觀結構特征建立其石墨化后材料的電化學性能關聯關系，可以更加快捷方便地預知成品人造石墨的容量性能數據。
8、但直接使用軟碳進行結構分析與后期的電化學關聯會存在復雜的對應關系，這是由于大部分石油焦、瀝青焦、針狀焦均由延遲焦化工藝制備得到，反應器上部焦樣品熱反應不徹底，尤其是石油焦類產品由于生產過程中焦中殘余了大量未反應的重質芳烴組分，焦化反應程度不均一，部分的炭微晶結構不穩定，在通常的人造石墨加工過程中碳化、石墨化過程結構會發生轉化或被消除。故需要對軟碳結構進行快速的熱處理或改性，使得保留的結構更加具有代表性，數據會更加準確。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種人造石墨原料性能的快速評價方法，用于指導鋰電負極材料的原料選擇和產品設計。該評價方法通過人造石墨原料的偏光微觀結構定量分析數據，并結合不同微觀結構的貢獻因子計算綜合結構數據，來快速評價人造石墨原料的電化學性能并預測其石墨化后成品的容量，解決目前傳統負極行業需要3-4個月時間才能得到人造石墨原料在石墨化后成品的容量導致效率低的問題，大大縮短評價周期，節省人力物力，提高生產效率。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種人造石墨原料性能的快速評價方法，包括如下步驟：
4、粉碎：將軟碳材料干燥、粉碎至0.071～1mm，得粉碎后的軟碳材料；
5、熱處理：將所述粉碎后的軟碳材料在含水蒸氣的氮氣氛圍中進行熱處理，得熱處理后的軟碳材料；
6、微結構測試：將所述熱處理后的軟碳材料4～5g與金相制樣環氧樹脂和固化劑進行靜置固化、拋光，得到的成光片經偏光顯微鏡檢測，得每種光學組織的含量；
7、容量測試：將軟碳材料經干燥、初級破碎、分級，得軟碳粉末，經碳化、石墨化、粉碎、分級，得石墨粉；將所述石墨粉經電池組裝、充放電測試，得所述軟碳材料石墨化后的成品電池容量；
8、構建關聯曲線：將所述每種光學組織的含量與所述成品電池容量進行關聯，得關聯曲線；
9、評價：通過所述關聯曲線評價待評價軟碳材料的成品容量(即通過測試待測軟碳材料中每種光學組織的含量，結合關聯曲線，預測該待測軟碳材料的成品電池容量)；
10、其中，構建所述關聯曲線的過程中，所述容量測試步驟與所述粉碎步驟中采用的軟碳材料相同，且至少10種；
11、利用所述關聯曲線評價待測軟碳材料時，省略所述容量測試步驟和所述構建關聯曲線步驟。
12、可選的，本專利技術提供的上述人造石墨原料性能的快速評價方法的粉碎步驟中，所述軟碳材料干燥后的水分含量小于0.1％，真密度為1.362～1.425g/cm3，揮發份為3％～20％，灰分為0.01％～0.5％，s含量為0.1％～5％；
13、所述軟碳材料選自石油焦、針狀焦和瀝青焦等中的至少一種；
14、所述軟碳材料至少16種。
15、可選的，本專利技術提供的上述人造石墨原料性能的快速評價方法的熱處理步驟中，所述熱處理的溫度為1100～1300℃，時間為0.5-2h；所述含水蒸氣的氮氣氛圍中水蒸氣的體積含量為8％～12％。具體熱處理采用的裝置可以是管式爐或者氣氛可控的任意本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種人造石墨原料性能的快速評價方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的人造石墨原料性能的快速評價方法，其特征在于，所述粉碎步驟中，所述軟碳材料干燥后的水分含量小于0.1％，真密度為1.362～1.425g/cm3，揮發份為3％～20％，灰分為0.01％～0.5％，S含量為0.1％～5％；和/或
3.如權利要求1所述的人造石墨原料性能的快速評價方法，其特征在于，所述熱處理步驟中，所述熱處理的溫度為1100～1300℃，時間為0.5-2h；
4.如權利要求1所述的人造石墨原料性能的快速評價方法，其特征在于，所述微結構測試步驟中，所述每種光學組織的含量按照下述公式計算
5.如權利要求4所述的人造石墨原料性能的快速評價方法，其特征在于，所述容量測試步驟中，所述軟碳粉末的D50為8～22μm，優選15～18μm；所述軟碳粉末的D10＝2～5μm，優選3～4μm，D90＝25～30μm，優選D25～27μm；和/或
6.如權利要求5所述的人造石墨原料性能的快速評價方法，其特征在于，所述構建關聯曲線步驟中，還包括將
...【技術特征摘要】
1.一種人造石墨原料性能的快速評價方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的人造石墨原料性能的快速評價方法，其特征在于，所述粉碎步驟中，所述軟碳材料干燥后的水分含量小于0.1％，真密度為1.362～1.425g/cm3，揮發份為3％～20％，灰分為0.01％～0.5％，s含量為0.1％～5％；和/或
3.如權利要求1所述的人造石墨原料性能的快速評價方法，其特征在于，所述熱處理步驟中，所述熱處理的溫度為1100～1300℃，時間為0.5-2h；
4.如權利要求1所述的人造石墨原料性能的快速評價方法，其特征在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：龐偉偉，于志敏，許倩，韓爽，劉銀東，王路海，楊行，曹玉亭，宋海朋，
申請(專利權)人：中國石油天然氣股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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