【负极材料】生产流程!(全)

随着电动汽车和储能系统的快速增长,对高性能锂电池的需求不断增加,推动了对高质量石油焦和人造石墨的需求。煅烧石油焦的质量和规格直接影响人造石墨的性能,优质石油焦对锂电池负极生产尤为重要。
【负极材料】生产流程!(全)
锂电负极材料主要有石墨类(包括人造石墨、天然石墨)和非石墨类(如硅基负极材料)等,以下是其常见的生产流程:
人造石墨负极材料生产流程
1、预处理:根据产品需求,将石墨原料与沥青按一定比例混合,如100:(5-20)。物料通过真空上料机转入料斗,然后由料斗放入空气流磨中进行气流磨粉,将5-10mm粒径的原辅料磨到5-10微米。气流磨粉后采用旋风收尘器收集所需粒径物料,收尘率约为80%,尾气由滤芯过滤器过滤后排放,除尘效率大于99%。
2、造粒:分为热解和球磨筛选工序。
热解工序:将中间物料投入反应釜中,用氮气将反应釜内空气置换干净,反应釜密闭,在2.5kg的压力条件下,按照温度曲线进行电加热,于200-300℃搅拌1-3h,而后继续加热到400-500℃,搅拌得到粒径在10-20mm的物料,降温出料,即中间物料2。
球磨筛分工序:真空进料,将中间物料2输送到球磨机进行机械球磨,10-20mm物料磨制成6-10微米粒径的物料。球磨制得的粉料经管道输送到筛分机进行筛分,筛下物用自动打包计量装置进行计量包装,得到中间物料3。筛上物由管道真空输送返回球磨机再次球磨。
3、石墨化:把待制品置于石墨化炉内保护介质中加热到高温,使六角碳原子平面网格从二维空间的无序重叠转变为三维空间的有序重叠,且具有石墨结构。石墨化主要有间歇式和连续式两种生产工艺,目前主流为艾奇逊及厢式石墨化炉。艾奇逊石墨化炉工艺是将负极材料均匀放入石墨坩埚内,再通过天车吊起平放入石墨化炉中,将电阻料放入炉芯处石墨坩埚外围,再包覆保温料,将炉体填满,然后通过石墨化炉两侧的电极进行通电加热,在炉内达到一定温度后加盖炉顶并设置集气罩,炉内温度将继续升到2800-3000℃,然后将坩埚内含碳物质在高温热处理下,实现减少无定型碳微晶结构边缘杂质,使其具备石墨晶体结构特征。
4、球磨筛分:石墨化后的物料通过真空输送到球磨机,进行物理混合、球磨,使用270目的分子筛进行筛分,筛下物进行检验、计量、包装入库。筛上物进一步球磨达到粒径要求后在进行筛分。
天然石墨负极材料生产流程
1、石墨矿石开采与浮选分级:从天然石墨矿中开采出石墨矿石,然后通过浮选等工艺将石墨矿石中的杂质去除,得到一定粒度和纯度的石墨颗粒。
2、球形化:采用气流冲击法、研磨法等将天然石墨颗粒进行球形化处理,使石墨颗粒的形状更加规整,提高其振实密度和倍率性能。
3、纯化烘干:对球形化的石墨颗粒进行化学纯化处理,去除其中的杂质和有害元素,然后进行烘干,去除水分。
4、表面修饰:通过化学或物理方法对石墨颗粒的表面进行修饰,如包覆一层导电材料或进行表面改性,以提高石墨颗粒的电化学性能。
5.混合筛分:将经过表面修饰的石墨颗粒与其他添加剂(如导电剂、粘结剂等)进行混合,然后通过筛分工艺将混合物中的杂质和不合格颗粒去除。
6、除磁包装:对筛分后的石墨颗粒进行除磁处理,去除其中的磁性物质,然后进行包装,得到天然石墨负极材料成品。
硅基负极材料生产流程
以碳包覆氧化亚硅为例:
1、硅源制备:通过化学气相沉积、物理气相沉积等方法制备硅纳米颗粒或硅薄膜等硅源材料。
2、氧化亚硅合成:将硅源材料与氧化剂在一定条件下反应,生成氧化亚硅。
3、碳包覆:采用化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶法等方法,在氧化亚硅表面包覆一层碳层,形成碳包覆氧化亚硅复合材料。
4、后处理:对碳包覆氧化亚硅复合材料进行粉碎、分级、干燥等后处理工艺,得到粒度均匀、性能稳定的硅基负极材料。
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