[发明专利]锂电负极材料用石油焦微粉的加工方法

说明书

本发明公开了一种锂电负极材料用石油焦微粉的加工方法,属于石墨负极材料微粉加工技术领域，包括以下步骤：球磨，采用球磨机对石油焦原料进行磨粉；对球磨得到的粉体进行选粉，分选出大于目标产品粒径指标的颗粒和包含目标产品粒径指标的其余颗粒；将包含目标产品粒径指标的其余颗粒中包含的小于目标产品粒径指标的颗粒进行滤除，得到合格石油焦微粉；同时，大于目标产品粒径指标的颗粒返回球磨的球磨机继续进行球磨，并以此形成闭路循环；本发明可以满足微粉产品既粒度细、粒度分布窄，又出品率高，同时球形度高、产量大、吨耗能低。

技术领域

本发明涉及一种锂电负极材料用石油焦微粉的加工方法,属于石墨负极材料微粉加工技术领域。

背景技术

锂电负极材料所需要的石油焦微粉质量指标十分严格：一是粒径小(普遍要求D100≤30um)；二是粒度范围窄(普遍要求控制范围:3um≤粒径≤20um，并且严格控制粒径≤2.0um的颗粒含量，越少越好)；三是球形度要求高（无上限）。而且该行业呈现爆发式的增长，必然会导致新能源材料的巨大产能缺口，再加上目前石油焦原材料市场均价达10000元/吨以上，价格昂贵，这也必然要求此行业微粉加工设备要往高产能、高出品率、低磨损的方向发展。

目前用于锂电负极材料用石油焦微粉的加工设备多为机械磨，因机械磨具有产品球形度较好、出品率高的特点。但机械磨结构设计特点也决定了此设备存在磨损快、单产低的缺点，因而需要进一步改进。

目前微粉加工设备主要有三种粉碎方式：冲击粉碎、料层挤压粉碎，以及研磨粉碎。不论哪种设备，实际上颗粒粉碎过程中，这三种粉碎方式都是同时存在的，只不过会因设备种类的不同，决定了哪种粉碎方式才是最主要的。按上述三种粉碎方式，所对应的常用设备主要是机械磨、辊磨机、球磨。机械磨主要以冲击粉碎为主，辊磨机主要以料层挤压粉碎为主，球磨主要以研磨粉碎为主。其各自的优缺点如下：

1、机械磨主要粉碎方式是冲击破碎。其工作原理是：在电机驱动下粉碎盘进行高速旋转，粉碎盘上边缘设有多个锤头，锤头的击打赋予颗粒一定的动能，同时在磨机产生高速气流，形成气固两相流。此时，颗粒与颗粒以及颗粒与锤头、齿圈之间进行高速碰撞，达到粉碎的效果。

颗粒大小与动能、光滑度、韧性是相互影响的。物料的初始状态，颗粒大小不一，形状更不规则，因此同一磨盘上的颗粒被赋予的初始动能是不一样的。显然是颗粒质量越大，动能越大。大颗粒的破碎首先主要依靠颗粒与粉碎盘、齿圈碰撞来得到粉碎，但是在气固两相流中，大颗粒会受到小颗粒干扰，通过物理学能量转化守恒定律可知：大小颗粒在碰撞后，大颗粒速度降低，小颗粒速度升高，这时候就会产生问题，大颗粒动能因为碰撞而被减速，等效于大颗粒动能被削弱，当速度降低到临界点时，大颗粒将无法被有效破碎，即破碎效果降低。当颗粒光滑度较高，韧性较高时，破碎效果也会明显降低。可想而知，颗粒光滑时，颗粒在碰撞时，更容易“擦肩而过”，等同于冲击动能被分散，难以集中于一点，亦即能量遭到损失，这种情况在体型不规则的颗粒之中，尤为突出。而韧性较高的物料颗粒，在相互碰撞时，会出现“弹性”、“屈服性”的情况，急剧损失正面冲击能量，从而降低破碎效率，甚至出现无法破碎现象。比如，当粒径降低到一定程度，其颗粒能够携带的最大动能，往往在抵消因韧性损失的能量后，不足破碎所需的动能量时，颗粒即无法被继续破碎。其实，不仅仅是韧性较高的物料，即便是比重较轻，韧性较小的物料，都存在被赋予动能量的临界值，即能量携带最大值，毕竟现实中不存在无限加速的情况。当然，这也是其优点，因为负极材料必须严格控制出现过粉磨现象，一般情况下当粒径降低到2um时，颗粒粉碎难度会大幅度升高，类似于“自我保护”状态，这就保证了粉碎过程中，不易出现颗粒过粉磨的现象，从而提高了成品率。同时，这也正是机械磨破碎的颗粒粒度分布较集中的根本原因，由于粒径在缩小的过程中，每时每刻都会存在“自我保护”状态，颗粒越小该状态越明显，起到了降低被继续破碎的风险作用。

冲击粉碎方式，初始动能的赋予率较高，此阶段动能赋予转化量的效率，主要受限于锤头线速度的大小，同时也受限于物料的比重，和物料颗粒的光滑程度，物料颗粒的粘性等。而石油焦微粉比重轻，松散堆积密度只有0.3kg/L左右，因此在被赋予动能之初，效率即被削弱。