[发明专利]一种高导热石墨材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及炭材料领域，具体地说涉及一种高导热石墨材料及其制备方法和应用。

背景技术

高功率密度电子器件和高端电子工业器件等逐渐向小型化、结构紧凑化、高功率密度化发展，由此引发了散热问题，对电子元器件的工作稳定性和可靠性提出严峻的挑战。因此，热量的散发问题已经成为电子产品小型化、集成化的瓶颈。为了尽快地让电子元件运行过程中产生的热量及时散发出来，开发导热性能更好的材料变得越来越重要。目前一般的散热材料所使用的散热片基材(如民用高端电子器件、LED用芯片材料、工业装置用换热器等)主要是由金属材料(如铝、银和铜)制得的，但这些传统的金属散热材料由于自身密度较大、热膨胀系数较高和材料不纯使其导热率大幅下降，已很难满足散热需求。石墨材料的比热导率(热导率与材料体积密度之比)是传统金属材料的5～12倍，成为较为理想的金属替代材料，是近年来最具发展前景的一类散热材料。

目前国内外已有不少关于高导热石墨材料的报道和专利。传统的高导热石墨材料制备方法是将原料破碎、煅烧、粉碎、筛分，再加粘结剂混捏成型，然后多次反复浸渍焙烧，最后石墨化处理，制备工艺复杂。最近改进的方法多数采用易石墨化的沥青为粘结剂(如煤焦油、中间相沥青等)，与石油焦(刘朗，邱海鹏，宋永忠，一种高导热石墨材料的制备方法.中国，CN01130544.4，2003.06.04)或中间相沥青焦(刘朗，高晓晴等，一种高导热石墨材料的制备方法.中国，CN200410012433.5，2005.03.23)混配，再在高温(2600℃～3000℃)下热压(20～40MPa)处理得到高导热石墨制品。天然鳞片石墨与沥青焦和石油焦相比，本身具有极高的导热率，并且价格低廉。中国专利CN102659095A将天然鳞片石墨、中间相沥青以及短切纤维混合，采用热压制备出高导热石墨；中国专利CN102897753A将天然鳞片石墨插层氧化后，然后和液态碳源混合热压制备出高导热石墨；中国专利CN101708838A将天然鳞片石墨与粘结剂混合，然后经过热压成型、炭化和石墨化制得高导热石墨，上述专利所用的原料是将天然鳞片石墨粉碎成的特定粒径的石墨粉。

锂离子电池因其工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，成为上世纪九十年代以来继镍氢电池之后的新一代二次电池。在锂离子电池技术开发过程中，电池品质不断得到提高，生产成本不断下降。在对锂离子电池技术进步的贡献中负极材料起了很大作用。目前商品化锂离子电池的负极材料仍然是石墨类材料占主导地位，但在锂离子电池炭负极石墨材料的实际加工过程中，仅将粒径等级符合要求的石墨微粉加工成锂离子电池炭负极材料，通常会产生约占加工总量50～60％的石墨尾料而不被有效利用，以往这些石墨尾料仅作为废弃物或廉价废品进行堆放或销售处理，不仅存在资源浪费大、环境污染等隐患，也增加了锂离子电池负极材料的制造成本。另一方面，中间相碳微球(MCMB)也是锂离子电池常用的负极材料，加工过程中也会产生粒径较小的尾料。因此，如何有效利用这些尾料来生产附加值高的产品具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种新型的高密高强的高导热石墨材料。

本发明的另一个目的在于提供一种原料来源广泛、工艺简单、重复性好、生产周期短的高导热石墨的制备方法。所述方法能解决锂离子电池炭负极材料加工过程中产生的石墨尾料所致的环境污染问题。

本发明的再一个目的在于提供上述高导热石墨材料的应用，其用于民用高端电子器件、LED用芯片材料、工业装置用换热器等的散热片基材。

本发明的第四个目的在于提供一种散热片基材，所述基材包括上述的高密高强的高导热石墨材料，所述散热片基材用于民用高端电子器件、LED用芯片材料、工业装置用换热器等。

本发明提供如下的技术方案：

一种高导热石墨材料，其以中间相碳微球(MCMB)、锂离子电池炭负极材料加工过程中产生的石墨尾料及陶瓷组元为主要原料，通过冷模压成型和石墨化处理制得。

根据本发明，所述锂离子电池炭负极材料加工过程中产生的石墨尾料为天然鳞片石墨尾料或人造石墨尾料。

根据本发明，所述的中间相碳微球可以是直接购买的，也可以是锂离子电池炭负极材料加工过程中的尾料。优选为锂离子电池负极材料中间相碳微球加工过程中气流分级生成的粒度较细的尾料。

根据本发明，所述的中间相碳微球的粒径D₅₀为3～10μm，优选粒径D₅₀为3～5μm。