制备球形负极活性材料的方法和装置、球形负极活性材料、锂电池负极和锂电池制造方法及图纸

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，具体涉及制备球形负极活性材料的方法和装置、球形负极活性材料、锂电池负极和锂电池，所述方法包括：(1)将沥青原料进行预处理得到粘度为10

【技术实现步骤摘要】
制备球形负极活性材料的方法和装置、球形负极活性材料、锂电池负极和锂电池


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体涉及制备球形负极活性材料的方法和装置、球形负极活性材料、锂电池负极和锂电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有比容量高、工作电压高、安全性好、无记忆效应等一系列的优点，广泛应用于新能源汽车、笔记本电脑、手机和储能设备中。负极材料作为电池核心部件之一，是锂离子电池储存锂的主体，对电池综合性能起着关键性作用。目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如天然石墨、人造石墨、中间相炭微球、石墨烯等；还有一部分的硅碳复合材料、钛酸锂等负极材料。其中，中间相炭微球具有形状规整、粒径均一、装填密度大、机械强度高的特点，其稳定的层状结构，可为锂离子的嵌入和脱出提供有利的定向通道，作为锂离子电池负极材料时表现出卓越的循环稳定性。
[0003]但现有中间相炭微球制备方法中存在微球与母液分离难、氧化不熔化黏连、炭化球体变形破碎等影响产品稳定性和工业化生产的难题。
[0004]CN103613089A公开了一种利用煤液化残渣制备中间相炭微球的方法，利用煤液化残渣中的沥青类物质与缩聚溶剂制备中间相炭微球，但是这种热缩聚成球方式形成的中间相微球难以与溶剂分离，且工艺复杂。
[0005]CN106744933A公开了一种通过合理配比的沥青与芳香烃类物质溶剂，在适宜温度熔融，采用熔体气相造粒法制备沥青球，替换了原有耗时巨大，成球率低下的熔体液相成球法，实现了成球阶段连续的工业化生产。但后续还需要通过预氧化进行不熔化处理，不熔化后的沥青球还需炭化等方式处理，导致最终成球成品率降低，工艺复杂。
[0006]CN110589824A公开了一种球形活性炭及其制备方法，该方法包括如下步骤：(1)将磺化沥青与活化剂混合，并将得到的混合液进行喷雾造粒，得到混合微球；(2)将所述混合微球进行微波活化，得到活性微球；将所述活性微球进行除杂，得到球形活性炭；该方法是将磺化产物与活化剂混合后的混合液进行喷雾造粒，混合液中磺化沥青的含量较低，喷雾前可以实现低温低粘输送，避免面临直接采用所述沥青原料输送时温度低凝固、温度高结焦的难题，才能够进行喷雾造粒；且经高温喷雾造粒得到的混合微球中含有KOH等物质，并在微波热源下进行了活化造孔，其产物活化微球具有多孔结构，且其内部含有大量的KOH、K2CO3等物质，在石墨化等高温处理过程中会发生分解，不适合进行石墨化处理。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了得到球形度好、压实密度大、电化学性能优异的锂电池球形负极活性材料，提供制备球形负极活性材料的方法和装置、球形负极活性材料、锂电池负极和锂电池。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种制备球形负极活性材料的方法，所
述方法包括：
[0009](1)将沥青原料进行预处理得到粘度为10
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100mPa
·
s的预处理沥青，接着在载气存在下，将所述预处理沥青进行喷雾炭化造球，得到第一炭微球和油气混合物；
[0010](2)将所述油气混合物进行气固分离，得到第二炭微球和高温油气；
[0011](3)将所述第一炭微球和/或所述第二炭微球进行石墨化处理，得到球形负极活性材料。
[0012]本专利技术第二方面提供一种球形负极活性材料，根据前述第一方面所述的方法制备得到。
[0013]本专利技术第三方面提供一种负极材料，包含粘接剂和负极活性材料，其中，所述负极活性材料包含前述第二方面所述的球形负极活性材料。
[0014]本专利技术第四方面提供一种锂电池负极，包含集流体和负载在所述集流体上的负极材料，其中，所述负极材料包含前述第三方面所述的负极材料。
[0015]本专利技术第五方面提供一种锂电池，包括正极、隔膜和负极，其中，所述负极为前述第四方面所述的锂电池负极。
[0016]本专利技术第六方面提供一种制备球形负极活性材料的装置，其中，所述装置包括：
[0017]喷雾单元，用于将沥青原料进行喷雾炭化造球，得到第一炭微球和油气混合物；
[0018]气固分离单元，与所述喷雾单元连通，用于将所述油气混合物进行气固分离，得到第二炭微球和高温油气；
[0019]石墨化单元，与所述喷雾单元以及所述气固分离单元连通，用于将所述第一炭微球和/或所述第二炭微球进行石墨化处理。
[0020]本专利技术将沥青喷雾、炭化、成球制备炭微球一步完成，解决了现有中间相炭微球制备技术中存在的微球与母液分离难、氧化不熔化黏连、炭化和石墨化时球体变形破碎等影响产品稳定性和工业化生产的难题；
[0021]本专利技术制备得到的球形负极活性材料球形度好、压实密度高、比容量高，充放电循环性能优异，能够实现锂电池负极的紧凑化和轻便化；
[0022]此外，本专利技术提供的制备方法简单，操作控制及时，污染小，适合工业化连续生产。
附图说明
[0023]图1是根据本专利技术一实施方式的制备球形负极活性材料的装置的结构示意图。
[0024]附图标记说明
[0025]10
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喷雾单元
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11
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预处理系统
[0026]12
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高温喷雾塔
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13
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载气输送管线
[0027]15
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加热器
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20
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气固分离单元
[0028]21
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旋风分离模块
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膜过滤器
[0029]23
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喷淋塔
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储油设备
[0030]30
‑
石墨化单元
具体实施方式
[0031]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或
值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0032]如前所述，本专利技术第一方面提供一种制备球形负极活性材料的方法，所述方法包括：
[0033](1)将沥青原料进行预处理得到粘度为10
‑
100mPa
·
s的预处理沥青，接着在载气存在下，将所述预处理沥青进行喷雾炭化造球，得到第一炭微球和油气混合物；
[0034](2)将所述油气混合物进行气固分离，得到第二炭微球和高温油气；
[0035](3)将所述第一炭微球和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备球形负极活性材料的方法，其特征在于，所述方法包括：(1)将沥青原料进行预处理得到粘度为10
‑
100mPa
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s的预处理沥青，接着在载气存在下，将所述预处理沥青进行喷雾炭化造球，得到第一炭微球和油气混合物；(2)将所述油气混合物进行气固分离，得到第二炭微球和高温油气；(3)将所述第一炭微球和/或所述第二炭微球进行石墨化处理，得到球形负极活性材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沥青原料选自煤液化沥青、石油沥青、煤焦化沥青和天然沥青中的至少一种；优选为煤液化沥青和/或煤焦化沥青；优选地，在步骤(1)中，所述预处理的过程包括：将所述沥青原料在250
‑
350℃下搅拌1
‑
4h；优选地，所述预处理的过程包括：将所述沥青原料以1
‑
10℃/min的升温速率从室温升温至250
‑
350℃，并在250
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350℃下搅拌1
‑
4h；优选地，所述预处理沥青的粘度为10
‑
60mPa
·
s。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述喷雾炭化造球的温度为600
‑
850℃；优选地，所述喷雾炭化造球的压力为0.3
‑
3MPa，优选为0.3
‑
1MPa。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述气固分离的过程包括：将所述油气混合物进行旋风分离和/或经滤膜进行膜过滤分离；优选地，所述旋风分离的温度为600
‑
850℃，风速为10
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25m/s。优选地，所述膜过滤分离的温度为600
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850℃；优选地，所述滤膜的孔径为1
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10μm，优选为1
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3μm。5.根据权利要求1
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4中任意一项所述的方法，其中，在步骤(3)中，所述石墨化处理的条件包括：在保护气存在下，将所述第一炭微球和/或所述第二炭微球在1500
‑
2800℃进行处理60
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300min；优选地，所述石墨化处理的条件包括：温度为2000
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛凡文，高山松，郑伦，杨葛灵，王洪学，
申请(专利权)人：中国神华煤制油化工有限公司上海研究院，
类型：发明
国别省市：