一种微波处理锂电池负极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种微波处理锂电池负极材料的方法，属于锂电池负极材料生产制造和微波技术领域。将锂电池负极材料在微波装置中进行预碳化处理。微波加热效率是传统方式加热效率的4～13倍，所以，微波加热理论上能够最有效地弥补传统碳化锂电池负极材料内部温度远远滞后的问题，在短时间内实现对锂电池负极材料的均匀加热，最终提高产品质量，降低焙烧成本，能耗降低30％～50％。耗降低30％～50％。耗降低30％～50％。

【技术实现步骤摘要】
一种微波处理锂电池负极材料的方法


[0001]本专利技术属于锂电池负极材料生产制造和微波
，特别是涉及一种微波处理锂电池负极材料的方法。

技术介绍

[0002]由于能源短缺问题愈加严重，可再生能源的开发以及相关储能设备的研究受到了广泛的关注。随着低碳经济与生活的概念深入人心，电动汽车迎来了进一步发展的良机，本领域对于电动汽车相关产品的研发工作的投入已成倍增长，其中高性能锂离子电池均占有重要地位。加之动力锂离子电池还是风力发电、太阳能发电等环保能源相配套的储能电池的首选，锂离子电池在近期以及未来相当长的一段时间内都有着巨大的发展前景和市场价值。
[0003]锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜等部分组成，其中负极材料的选择会直接关系到电池的能量密度，负极材料主要影响锂电池的首次效率、循环性能等，占锂电池总成本5
‑
15％左右。
[0004]目前，石墨类碳材料由于成本低，环境友好，充放电电压低，稳定性好，成为商业化锂电池负极材料主要的碳材料负极。高性能锂电池人造石墨负极材料的制备主要经过原材料的粉碎、粉体颗粒的表面改性、预碳化、石墨化、筛分除磁包装等工序，上述工序中又细分成若干小工序，流程基本一致。其中针状焦作为一种新型碳材料，因其有良好的石墨微晶结构以及纹理走向，被广泛地用作石墨负极原料。不同的针状焦原料含有10％
‑
15％的挥发分，针状焦的规模和产量逐渐扩大。但是石墨化生产工序中，生产成本已经超过原料成本，如何降低石墨化成本成为各个企业迫切需要解决的问题。
[0005]传统的石墨负极材料碳化工艺设备使用的是隧道窑、辊道窑等，这些窑炉技术老旧，热量以热辐射和热传导方式为主，碳化料生产周期长，装填料操作繁琐，自动化程度不高，碳化焙烧时间长，能耗高，烟气难处理，用来装负极材料的小方匣钵，在高温下易损坏且装填料有限，使用周期短，影响产量，增加生产成本。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种微波处理锂电池负极材料的方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0007]本专利技术对锂电池碳素负极材料进行微波预碳化处理，由于锂电池碳素负极材料是极性材料，其吸收微波后产生热量，从而使碳素负极材料发热，温度升高，由于微波加热不是传统的热辐射加热方式，是使碳素材料极性分子的振动发热，所以发热效率高，升温速率快，温度控制精确，从而达到提高热效率和热利用率，可以实现节能和提升负极材料碳化后的性能指标，增加石墨化炉的装炉量，降低负极材料石墨化的电耗，从而降低生产成本。综上所述，由于微波碳化焙烧技术短时间内使锂电池碳素负极材料快速加热，降低了负极材料碳化焙烧成本，达到降低能耗和增加产能的目的。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下方案：
[0009]一种微波处理锂电池负极材料的方法，将锂电池负极材料在微波装置中进行预碳化；所述预碳化过程采用梯度升温的方式进行；所述锂电池负极材料为锂电池碳素负极材料。
[0010]进一步地，所述预碳化升温过程采用四阶段梯度升温方式；升温速率为100℃/h～800℃/h，升温功率密度为3kw/cm3～10kw/cm3。
[0011]更进一步地，所述预碳化的升温过程为：30℃为起始温度，以100℃/h升温速率，加热至200
‑
400℃；再以200
‑
400℃为起始温度，以200
‑
300℃/h升温速率，加热至400
‑
700℃；然后以400
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700℃为起始温度，以300
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500℃/h升温速率，加热至600
‑
1000℃；最后以600
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1000℃为起始温度，以400
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800℃/h升温速率，加热至最高处理温度。
[0012]进一步地，所述预碳化的最高处理温度为800
‑
1300℃，处理时间为1
‑
10h。
[0013]进一步地，所述碳化过程全程在惰性气体气氛中进行。
[0014]更进一步地，所述惰性气体为氮气、氦气和氩气中的一种。
[0015]进一步地，所述碳化过程中将锂电池负极材料置于坩埚后，再置于微波装置中。
[0016]进一步地，预碳化后保温时间为0.5
‑
3h，保温过程中微波功率密度为3kw/cm3‑
5kw/cm3。
[0017]本专利技术提供的上述的方法制备的锂电池负极材料，其挥发分≤1.5％，振实密度≥0.896g/cm3，比表面积0.825～2.0m2/g。
[0018]本专利技术公开了以下技术效果：采用微波高温装置对锂电池碳素负极材料进行预碳化，惰性气体气氛下进行，通过控制升温速率和升温时间达到最高温度后，保温一段时间，达到对锂电池碳素负极材料的碳化效果。
[0019]微波加热技术作为一种高效节能技术，通过被加热体内部偶极分子高频往复运动产生“内摩擦力”使被加热物料温度升高，不需任何热传导过程，就能使物料内外部同时加热，同时升温，加热速度快且均匀。传统加热技术是根据热传导、对流和辐射原理使热量从外部传至物料内部，热量总是由表及里传递，进行加热物料，物料中不可避免地存在温度梯度，故被加热的物料不均匀，致使物料出现局部过热，相比，微波以更快的加热速度和更低的加工成本处理各种材料和产品，并且在大多数情况下产品具有更好的性能。
[0020]微波加热效率是传统方式加热效率的4～13倍，所以微波加热理论上能够最有效地弥补传统碳化锂电池负极材料内部温度远远滞后的问题，在短时间内实现对锂电池负极材料的均匀加热，最终提高产品质量，降低焙烧成本，能耗降低30％～50％。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为实施例1所得微波碳化处理的锂电池碳素负极材料的电镜图；
[0023]图2为实施例2所得微波碳化处理的锂电池碳素负极材料的电镜图；
[0024]图3为实施例3所得微波碳化处理的锂电池碳素负极材料的电镜图；
[0025]图4为实施例4所得微波碳化处理的锂电池碳素负极材料的电镜图。
具体实施方式
[0026]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0027]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波处理锂电池负极材料的方法，其特征在于，将锂电池负极材料在微波装置中进行预碳化；所述预碳化过程采用梯度升温的方式进行；所述锂电池负极材料为锂电池碳素负极材料。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述预碳化升温过程采用四阶段梯度升温方式；升温速率为100℃/h～800℃/h，升温功率密度为3kw/cm3～10kw/cm3。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述预碳化的升温过程为：30℃为起始温度，以100℃/h升温速率，加热至200
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400℃；再以200
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400℃为起始温度，以200
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300℃/h升温速率，加热至400
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700℃；然后以400
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700℃为起始温度，以300
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500℃/h升温速率，加热至600
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1000℃；最后以600
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1000℃为起始温度，以4...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛永，郎光辉，侯新，范本勇，郝宇，张文杰，李军，赵珍，
申请(专利权)人：内蒙古欣源石墨烯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：