一种光亮剂改性锂离子电池石墨负极材料的生产工艺的制作方法

1.本发明涉及锂离子电池石墨负极材料生产技术领域，具体涉及一种光亮剂改性锂离子电池石墨负极材料的生产工艺。


背景技术：

2.随着新能源动力的发展，锂离子电池使用越来越多，石墨负极材料作为锂电池的关键组成部分其市场也快速增大。石墨负极材料生产的关键过程是提高石墨化度和提高纯度。石墨化是指高温下碳原子由杂乱不规则排列转变为规则排列的六方平面网状结构，即石墨微晶结构，其目的是获得石墨高导电、高导热、耐腐蚀、耐摩擦等性能。
3.目前生产的石墨负极材料首效低，倍率性能(1c/0.1c)低。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种光亮剂改性锂离子电池石墨负极材料的生产工艺，采用本生产工艺能够提高生产出来的石墨负极材料的首效和倍率性能。
5.一种光亮剂改性锂离子电池石墨负极材料的生产工艺，在生产过程中，将石墨与光亮剂混合，其中光亮剂与石墨的比例为0.01％-3％：100％。
6.优选地，所述光亮剂为邻苯甲酰磺酰亚胺，光亮剂与石墨的比例为0.1％：100％。
7.优选地，所述光亮剂为双苯磺酰亚胺，光亮剂与石墨的比例为1％：100％。
8.优选地，所述光亮剂为香豆素，光亮剂与石墨的比例为0.5％：100％。
9.优选地，所述光亮剂和石墨在石墨化炉内进行混合，所述石墨化炉包括炉体和圆筒，所述炉体外侧套设有用于对炉体内腔进行感应加热的感应线圈，炉体底壁开设出料孔，出料孔处设置出料阀门，炉体的顶部具有进料孔，进料孔处具有进料阀门，炉体顶部开有排气孔；
10.所述圆筒套设在感应线圈外部，圆筒的外壁与内壁之间具有空腔，所述空腔侧壁开有进气孔和出气孔，进气孔与炉体上的排气孔通过进气管连通，出气孔处连接有出气管，出气管内设置有出气阀门和负压风机，炉体上方设置有电机，电机的输出轴上连接有搅拌轴，搅拌轴穿过炉体的顶壁进入炉体内腔。
11.优选地，所述炉体的顶壁具有容纳箱，搅拌轴穿过容纳箱的顶壁和底壁，搅拌轴内具有多条弧形通道，弧形通道的进料端和出料端均与炉体内腔连通，同一条弧形通道的进料端和出料端处于同一高度，多条弧形通道的进料端高度具有差异，弧形通道的内壁包括外内壁和内内壁，外内壁最高点的高度高于炉体内物料的高度，内内壁最高点的高度低于炉体内物料的高度，搅拌轴内设置有多根排气通道，排气通道与弧形通道一一对应，排气通道的进气口位于排气通道外内壁的最高点，排气通道的排气口位于容纳箱内，容纳箱上开有第一排气口，第一排气口通过第一进气管与进气孔连通。
12.优选地，还包括多根第二进料管，多根排气通道的排气口高度具有差异，所述搅拌轴上具有多个进料单元，多个进料单元纵向分布，进料单元设置于容纳箱内，进料单元与排
气口一一对应，进料单元包括第一进料管和进料盘，搅拌轴穿过进料盘，进料盘固定在搅拌轴上，进料盘的底壁开有排料口，第一进料管的顶端与排料口连接，第一进料管的底端与对应的排气口连接；从上往下的方向上，进料盘的内径逐渐增大；
13.优选地，多根第二进料管均穿过容纳箱的顶壁进入容纳箱内，多根第二进料管分别位于多个进料盘的上方，光亮剂能够通过第二进料管排入对应的进料盘内，第二进料管内设置有进料阀门。
14.优选地，所述第二进料管的顶端连接有料斗。
15.优选地，从下往上的方向上，外内壁和内内壁之间的距离逐渐增大。
16.优选地，从排料口四周指向排料口的方向上，进料盘的内底壁整体向下倾斜。
17.本发明的有益效果体现在：本技术方案中将石墨与光亮剂混合，其中光亮剂与石墨的比例为0.01％-3％：100％；光亮剂含有s、o、n等原子，容易与石墨表面结合，改善其余容剂的相容性，提高石墨材料在匀浆过程中的分散加工功能；石墨表面结合的光亮剂，减小石墨粗糙表面造成的电势差异，从而获得均匀致密的sei膜，提高其首效；光亮剂自带的s、o、n等原子，可以优化石墨表面的活性位点，降低石墨的极化阻抗，提高其倍率性能。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
19.图1为本发明中石墨化炉的主视剖面图；
20.图2为本发明中容纳箱内部的结构示意图；
21.图3为本发明中弧形通道的结构示意图。
22.附图中，1-炉体，2-感应线圈，3-圆筒，4-空腔，5-进气管，6-出气管,7-电机，8-搅拌轴，9-容纳箱,10-弧形通道，11-排气通道，12-外内壁，13-内内壁，14-第一进气管，15-第一进料管，16-进料盘，17-第二进料管，18-料斗。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
24.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
25.实施例1
26.本实施例中提供了一种光亮剂改性锂离子电池石墨负极材料的生产工艺，在生产过程中，将石墨与光亮剂混合，其中光亮剂与石墨的比例为0.01％-3％：100％。
27.光亮剂含有s、o、n等原子，容易与石墨表面结合，改善其余容剂的相容性，提高石墨材料在匀浆过程中的分散加工功能。
28.石墨表面结合的光亮剂，减小石墨粗糙表面造成的电势差异，从而获得均匀致密的sei膜，提高其首效。
29.光亮剂自带的s、o、n等原子，可以优化石墨表面的活性位点，降低石墨的极化阻抗，提高其倍率性能(即1c/0.1c)。
30.光亮剂改性过后石墨负极材料，加工性能极大改善，材料的首效和循环显著提高。
31.本实施例中光亮剂可以使用一种也可以使用多种与石墨进行混合。
32.实施例2
33.本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，本实施例中所述光亮剂为邻苯甲酰磺酰亚胺，光亮剂与石墨的比例为0.1％：100％。
34.普通产品不使用光亮剂，生产出来的石墨负极材料比表面积6.7，克容量为345.5mah/g，首效85.6％，1c/0.1c为30％。
35.经过实验，使用邻苯甲酰磺酰亚胺和石墨按照比例0.1％：100％混合后，生产出来的石墨负极材料比表面积5.8，克容量为347.1mah/g，首效89.2％，1c/0.1c为55％。
36.由上可以看出，使用邻苯甲酰磺酰亚胺后能够极大的提高材料的首效和倍率性能。
37.实施例3
38.本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，本实施例中所述光亮剂为双苯磺酰亚胺，光亮剂与石墨的比例为1％：100％。
39.普通产品不使用光亮剂，生产出来的石墨负极材料比表面积6.7，克容量为345.5mah/g，首效85.6％，1c/0.1c为30％。
40.经过实验，使用双苯磺酰亚胺和石墨按照比例1％：100％混合后，生产出来的石墨负极材料比表面积3.0，克容量为348.3mah/g，首效91.0％，1c/0.1c为61％。
41.由上可以看出，使用双苯磺酰亚胺后能够极大的提高材料的首效和倍率性能。
42.实施例4
43.本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，本实施例中所述光亮剂为香豆素，光亮剂与石墨的比例为0.5％：100％。
44.普通产品不使用光亮剂，生产出来的石墨负极材料比表面积6.7，克容量为345.5mah/g，首效85.6％，1c/0.1c为30％。
45.经过实验，使用香豆素和石墨按照比例0.5％：100％混合后，生产出来的石墨负极材料比表面积4.2，克容量为348.8mah/g，首效91.5％，1c/0.1c为72％。
46.由上可以看出，使用香豆素后能够极大的提高材料的首效和倍率性能。
47.实施例5
48.如图1、图2和图3所示，本实施例在实施例1的基础上进行了进一步限定，本实施例中所述光亮剂和石墨在石墨化炉内进行混合，所述石墨化炉包括炉体1和圆筒3，所述炉体1外侧套设有用于对炉体1内腔进行感应加热的感应线圈2，炉体1底壁开设出料孔，出料孔处设置出料阀门，炉体1的顶部具有进料孔，进料孔处具有进料阀门，炉体1顶部开有排气孔；
49.所述圆筒3套设在感应线圈2外部，圆筒3的外壁与内壁之间具有空腔4，所述空腔4侧壁开有进气孔和出气孔，进气孔与炉体1上的排气孔通过进气管5连通，出气孔处连接有出气管6，出气管6内设置有出气阀门和负压风机，炉体1上方设置有电机7，电机7的输出轴上连接有搅拌轴8，搅拌轴8穿过炉体1的顶壁进入炉体1内腔。
50.本实施例中搅拌轴8与炉体1的顶壁转动密封连接。
51.本实施例中通过将圆筒3套设在炉体1外侧，圆筒3内设置空腔4，空腔4侧壁开设进气孔和出气孔，进气孔与炉体1上的排气孔连通，出气孔处连接出气管6，出气管6内设置出气阀门和负压风机，出气管6与空气净化装置连接，使用时，首先打开出气阀门和负压风机，将空腔4和炉体1内腔均抽为负压状态后关闭出气阀门，然后通过进料孔向炉体1内腔添加物料，启动电机7和感应线圈2，一边对物料进行加热，一边搅拌对物料进行混合，同时使物料颗粒之间的气体排出，由于空腔4内处于负压状态，因此炉体1内产生的废气进入到空腔4内，当空腔4内的气体积累一段时间后，打开出气阀门和负压风机，将空腔4内的废气排出进行处理，如此可以将废气在空腔4内储存到一定量后排出，使废气进行集中化处理，空气净化装置只需要在排气时打开即可，不用一直打开，这样可以减少空气净化装置的能耗。
52.本实施例中所述炉体1的顶壁具有容纳箱9，搅拌轴8穿过容纳箱9的顶壁和底壁，搅拌轴8内具有多条弧形通道10，弧形通道10的进料端和出料端均与炉体1内腔连通，同一条弧形通道10的进料端和出料端处于同一高度，多条弧形通道10的进料端高度具有差异，弧形通道10的内壁包括外内壁12和内内壁13，外内壁12最高点的高度高于炉体1内物料的高度，内内壁13最高点的高度低于炉体1内物料的高度，搅拌轴8内设置有多根排气通道11，排气通道11与弧形通道10一一对应，排气通道11的进气口位于排气通道11外内壁12的最高点，排气通道11的排气口位于容纳箱9内，容纳箱9上开有第一排气口，第一排气口通过第一进气管14与进气孔连通，图3中横线指示物料的高度。
53.本实施例中搅拌轴8与容纳箱9的顶壁和底壁均转动密封连接。
54.石墨化的进程是颗粒状石墨在加热后形成半熔融状然后冷却后形成结晶状，目前的石墨化过程中，废气都是排送至物料上方后再排出炉体1内，这种排气方式对于底层物料混合产生的废气由于其上方物料阻挡不易排出，特别是石墨呈半熔融状态时，下部的空气被半熔融状的上方物料阻挡基本无法排出，导致生产出来的产品内部具有微空隙，产品质量不佳。
55.本实施例中搅拌轴8伸入炉体1内腔的底部，搅拌轴8内设置多条弧形通道10，弧形通道10的进料端和出料端均与炉体1内腔连通，同一条弧形通道10的进料端和出料端处于同一高度，多条弧形通道10的进料端高度具有差异。
56.当石墨处于颗粒状时，颗粒与颗粒之间具有间隙，气体能够从弧形通道10的进料端进入然后通过排气通道11排出，这里由于排气通道11的排气口位于容纳箱9内，因此搅拌轴8旋转也不影响废气的排出，由于不同排气通道11的进料端高度具有差异，因此在搅拌过程中能够将不同高度的物料产生的气体排出，提高废气排出效率和排出效果。
57.当石墨加热从颗粒状变为半熔融状时，半熔融状之间间隙较小，排气非常困难，此时底层石墨搅拌产生的废气基本无法排出，本实施例中设置弧形通道10的内壁包括外内壁12和内内壁13，外内壁12最高点的高度高于炉体1内物料的高度，内内壁13最高点的高度低于炉体1内物料的高度；这样由于搅拌轴8在旋转，因此半熔融状的物料会从弧形通道10的进料端进入，经过弧形通道10后，从弧形通道10的出料端排出，由于在弧形通道的最顶部外内壁12最高点的高度高于炉体1内物料的高度，内内壁13最高点的高度低于炉体1内物料的高度，以及物料半熔融状液面的高度限制，因此物料在经过弧形通道10时始终不能够接触到外内壁12的最高点，也就是说当半熔融状物料运动到弧形通道10的最顶部时，由于其上部无物料阻挡，因此内部的空气能够排出，这样能够针对各高度半熔融状物料内部产生的
废气进行排出，使物料内部废气的排出效率和排出效果达到最佳。
58.本实施例中还包括多根第二进料管17，多根排气通道11的排气口高度具有差异，所述搅拌轴8上具有多个进料单元，多个进料单元纵向分布，进料单元设置于容纳箱9内，进料单元与排气口一一对应，进料单元包括第一进料管15和进料盘16，搅拌轴8穿过进料盘16，进料盘16固定在搅拌轴8上，进料盘16的底壁开有排料口，第一进料管15的顶端与排料口连接，第一进料管15的底端与对应的排气口连接；从上往下的方向上，进料盘16的内径逐渐增大；
59.多根第二进料管17均穿过容纳箱9的顶壁进入容纳箱9内，多根第二进料管17分别位于多个进料盘16的上方，光亮剂能够通过第二进料管17排入对应的进料盘16内，第二进料管17内设置有进料阀门。
60.石墨化进程中，是在高温条件下进行，直接在最开始使光亮剂与石墨混合，由于物料里面具有废气，废气在高温条件下会与光亮剂反应，导致产品生产出来效果不佳，当半熔融状物料内废气排尽后，直接将光亮剂从顶部添加，那么由于半熔融状物料间隙很小，光亮剂很难运动至底层物料实现均匀混合，本实施例中设置进料单元和第二进料管17，当物料内的废气排出完毕后，打开第二进料管17上的进料阀门，将光亮剂添加进入进料盘16内，进料盘16以及第一进料管15同时伴随搅拌轴8转动，因此即使搅拌轴8转动，光亮剂还是能够进入到进料盘16内，光亮剂通过排气通道11和弧形通道10和与半熔融状物料混合，这样可以防止光亮剂与废气反应，同时光亮剂通过多根第二进料管17进入到多个进料盘16内，然后通过多根排气通道11进入多根弧形通道10内，最后随着弧形通道1o内的半熔融状物料进入到炉体1内的各深度，光亮剂在各深度经过搅拌后与物料实现均匀混合，这样配合深部排气结构，使生产出来的产品能够达到最佳效果。
61.本实施例中所述第二进料管17的顶端连接有料斗18，便于将光亮剂加入进料盘16内。
62.本实施例中从下往上的方向上，外内壁12和内内壁13之间的距离逐渐增大。
63.初始状态颗粒状物料的高度位于外内壁12顶部和内内壁13顶部之间，物料从颗粒状变化为半熔融状时，由于气体排出，物料高度会出现下降，设置外内壁12和内内壁13之间的距离逐渐增大，这样外内壁12顶部和内内壁13顶部之间具有较大的高度差，保证物料处于半熔融状态时下降了一定高度后，物料的高度还是位于外内壁12顶部和内内壁13顶部之间。
64.本实施例中从排料口四周指向排料口的方向上，进料盘16的内底壁整体向下倾斜，便于进料盘16内的光亮剂进入第二进料管17内。
65.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。