一种硬碳材料的快速制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硬碳材料的快速制备方法，包括：S1、将天然成分的原材料预碳化，粉碎；S2、粉碎后的颗粒进行载入流化床反应器经过高温加热区，进行碳化，制得硬碳；本发明专利技术使用天然成分的原材料，原材料环保而且来源丰富，降低成本；原材料粉碎后在流化床反应器内快速进入高温加热区，即在短时间内将材料温度快速升温，将原材料碳化，生成硬碳材料，在此过程中，进入高温反应区的时间即为升温时间，升温时间可控，使得碳化反应可控，因此硬碳材料的结构更加均匀，性能更加稳定。性能更加稳定。性能更加稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种硬碳材料的快速制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，具体为一种硬碳材料的快速制备方法。

技术介绍

[0002]硬碳材料作为锂电池负极材料的主要材料，具备循环寿命长，功率性能好，锂离子嵌入膨胀率低等优势，硬碳制备过程中需要将含碳原材料在高温下处理，并产生焦油和有机气体废弃物，在硬碳处理过程中，加热过程经过较长的升温阶段，在不同的升温阶段引起不同的碳化反应，材料的碳化过程复杂，所形成硬碳材料结构复杂，性能均一性受限制，硬碳材料在性能中的局限导致限制了其在锂电池材料中的使用，导致硬碳材料的应用范围远低于石墨类负极材料。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了提供一种硬碳材料的快速制备方法，本专利技术使用天然成分的原材料，原材料环保而且来源丰富，降低成本；原材料粉碎后在流化床反应器内快速进入高温加热区，即在短时间内将材料温度快速升温，将原材料碳化，生成硬碳材料，在此过程中，进入高温反应区的时间即为升温时间，升温时间可控，使得碳化反应可控，因此硬碳材料的结构更加均匀，性能更加稳定。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0005]一种硬碳材料的快速制备方法，包括：
[0006]S1、将天然成分的原材料预碳化，粉碎；
[0007]S2、粉碎后的颗粒进行载入流化床反应器经过高温加热区，进行碳化，制得硬碳。
[0008]优选的，在S1步骤中，原材料为椰壳；优选的，椰壳在惰性气体中升温加热进行预碳化，制得椰壳炭；优选的，椰壳炭粉碎处理后的物料粒径D50为5
‑
50μm，较小的粒径可以保证碳烧过程中材料更均匀的烧结，以及包覆工艺的均一化和精细化。
[0009]优选的，在S2步骤中，流化床反应器中通过惰性气体将椰壳碳颗粒转化为流化态；优选的，惰性气体为氮气、氩气或氦气。
[0010]优选的，在S2步骤中，高温加热区的碳化温度为1150
‑
1700℃；优选的，高温加热区的碳化温度为1450
‑
1550℃；颗粒在烧结过程中，挥发性物质形成气体分子逸出，在硬碳结构中生成孔隙。
[0011]优选的，在S2步骤中，高温加热区的碳化时间为0.5
‑
3h。
[0012]所述硬碳的平均粒径为10
‑
50um，粒径较小，粒子间距离短，微孔结构精细且致密，拥有较大的空隙容积，便于锂离子的进入，进而具有容量高的特点，制得电池的循环、功率及倍率性能好；振实密度为0.7
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1.5g/cm3,比表面积为2.8
‑
6.2m2/g。
[0013]所述的硬碳负极材料首次库伦效率在75％以上，首次放电容量高于310mAh/g，500次循环寿命不低于75％。与现有技术相比，采用了上述技术方案的硬碳材料的快速制备方法，具有如下有益效果：
[0014]一、采用本专利技术的硬碳材料的快速制备方法，使用天然成分的原材料，原材料环保而且来源丰富，降低成本；
[0015]二、原材料粉碎后在流化床反应器内快速进入高温加热区，即在短时间内将材料温度快速升温，将原材料碳化，生成硬碳材料，在此过程中，进入高温反应区的时间即为升温时间，升温时间可控，使得碳化反应可控，因此硬碳材料的结构更加均匀，性能更加稳定。
[0016]三、工艺步骤可控，生产过程连续可降低能耗，具有较好应用潜力。
附图说明
[0017]图1为流化床反应器的结构示意图。
[0018]附图标记：1、原料仓；2、原料转移管道；3、流化载气入口；4、流化板；5、流化区；6、加热炉；7、高温加热区；8、材料收集区；9、第一过滤网；10、出气口；11、收集载气入口；12、产物收集区；13、收集仓；14、转移口；15、第二过滤网；16、收集载气出口。
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本专利技术做进一步描述。
[0020]流化床反应器的具体结构如图1所示，流化床反应器包括用于原材料倒入的原料仓、将原材料转化为流化态的流化区、用于将原材料生产为硬碳材料的高温加热区和收集硬碳材料的收集仓，所述的原料仓、流化区、高温加热区和收集仓依次连接；原材料倒入原料仓，然后进入流化区转为流化态，流化态的原材料进入高温加热区转化为硬碳材料，最后到收集仓进行收集处理。
[0021]原料仓上设有原料转移管道，原料转移管道另一侧与流化区相连，原料仓通过原料转移管道与流化区相通，椰壳炭倒入原料仓，通过原料转移管道进入流化区。
[0022]流化区一侧设有流化板，流化板的另一侧设有流化载气入口，流化载气入口通过大量惰性气体，惰性气体为氮气、氩气或氦气；惰性气体将椰壳碳颗粒转化为流化态。
[0023]流化区的另一侧设有加热炉，高温加热区位于加热炉内，高温加热区另一侧设有材料收集区，材料收集区上设有出气口，出气口上设有第一过滤网。
[0024]椰壳碳颗粒在载气的带动下通过高温加热区，发生碳化反应，椰壳碳颗粒在烧结过程中，挥发性物质形成气体分子从从出气口排出，第一过滤网有效防止碳化后的碳材料被带出，碳化后材料密度降低，通过惰性气体将材料从材料收集区进入产物收集区。
[0025]材料收集区一侧设有收集管道，收集管道另一侧设有产物收集区，产物收集区一侧设有收集载气入口，收集载气入口通过大量惰性气体，惰性气体将产物收集区的硬碳带入收集仓。
[0026]收集仓与产物收集区的另一侧相通，收集仓下方设有转移口，收集仓上还设有收集载气出口，收集载气出口上设有第二过滤网，硬碳材料在收集仓内收集后，经转移口转移至包装袋中；惰性气体从收集载气出口排出，第二过滤网有效防止硬碳材料被带出，实现硬碳颗粒与惰性气体的分离。
[0027]现将椰壳颗粒不断地倒入原料仓进行硬碳材料制备。
[0028]实施例一:
[0029](1)将5kg椰壳破碎为D50为30um的一次颗粒，转入原料仓进入高温加热区，
[0030](2)高温加热区温度升至1465℃，处理1小时后收集，收集后颗粒经气流破碎制D50为10um。
[0031]实施例二：
[0032]实施例二与实施例一的其他步骤参数保持一致，区别在于，高温加热区温度为1150℃。
[0033]实施例三：
[0034]实施例三与实施例一的其他步骤参数保持一致，区别在于，高温加热区温度为1550℃。
[0035]实施例四：
[0036]实施例四与实施例一的其他步骤参数保持一致，区别在于，碳化处理时间为0.5小时。
[0037]实施例五：
[0038]实施例五与实施例一的其他步骤参数保持一致，区别在于，碳化处理时间为3小时。
[0039]实施例六：
[0040]实施例六与实施例一的其他步骤参数保持一致，区别在于，椰壳颗粒D50为4um。
[0041]将制备的硬碳材料50g、导电炭黑3g、丁苯橡胶5g、和羧甲基纤维素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬碳材料的快速制备方法，其特征在于，包括：S1、将天然成分的原材料预碳化，粉碎；S2、粉碎后的颗粒进行载入流化床反应器经过高温加热区，进行碳化，制得硬碳。2.根据权利要求1所述的一种硬碳材料的快速制备方法，其特征在于，在S1步骤中，原材料为椰壳；优选的，椰壳在惰性气体中升温加热进行预碳化，制得椰壳炭；优选的，椰壳炭粉碎处理后的物料粒径D50为5
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50μm。3.根据权利要求2所述的一种硬碳材料的快速制备方法，其特征在于，在S2步骤中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈再华，傅强，戴海生，叶广观，蓝利波，
申请(专利权)人：浙江阿佩克斯能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：