[發明專利]一種中間相炭微球粒徑調控方法

無效

• 申請號: 200910229100.0
• 申請日: 2009-12-10
• 公開（公告）號: CN101721966A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 王阿麗
• 申請（專利權）人: 天津愛敏特電池材料有限公司
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02;H01M4/1393;C01B31/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種中間相炭微球生產過程中粒徑調控方法，屬于鋰離子電池石墨負極材料技術。

背景技術

隨著能源危機和環保要求的提高，電動車尤其是電動汽車的發展成為汽車發展的新方向，并且取得了一定的進展。電動汽車目前發展的瓶頸在于電動汽車的電池。鋰離子電池研究已持續近20年，隨著對現有材料和電池設計技術的改進以及新材料的出現，鋰離子電池的應用范圍不斷被拓展。目前中國已成為僅次于日本的世界第二大鋰離子電池生產國，在鋰電小型化技術相對成熟后，開發大型鋰離子動力電池及相關新材料成為迫切需求。而目前影響動力電池發展的瓶頸一為成本，二是包括高倍率充放電性能、長循環壽命等在內的電池材料性能。

其中電池負極材料的選擇直接影響鋰離子電池的性能。中間相炭微球已經越來越成為公認的鋰離子動力電池負極材料的首選，中間相炭微球結構完美嵌鋰性能優越，比容量高，循環壽命長，極片加工工藝性能好，得到業內廣泛肯定和使用。中間相炭微球具有良好的結構性能，保證了電池的循環壽命，是一種可開發的動力鋰離子電池人造石墨負極材料。同時，對高倍率放電性能研究中間相炭微球具有相對較高的電子電導率及鋰擴散速度，且研究發現小顆粒炭微球比大顆粒材料具有更優越的大電流充放電性能。因為小顆粒可以使單位面積所負荷的電流減少，有利于降低過電位，碳微晶的邊緣可以為鋰離子提供更多的遷移通道，使鋰離子遷移的路徑減短，擴散阻抗減少。另外，研究發現控制中間相炭微球較大粒徑的時候，容易提高中間相炭微球在相同石墨化溫度下的石墨化程度，使得中間相炭微球容易具有比較理想的可逆容量和充放電效率。在粒徑中等的時候，中間相炭微球可以兼具有高倍率和高容量的性能。但是，中間相炭微球的生長粒徑受諸多因素包括原料的一次喹啉不溶物(QI，或者叫做α樹脂)含量和形貌、反應時間、催化劑使用比例、反應完成后降溫速率的影響，其中多項因素互相制約，甚至相互矛盾，更大的問題是在調控粒徑的同時對收率造成很大影響，難以成為控制生產中間相炭微球粒徑的調控因素。

比如采用提高一次喹啉不溶物數量的方式降低中間相炭微球粒徑，造成了產品收率降低和產品電化學容量降低的問題，究其原因，一次喹啉不溶物在中間相炭微球生產過程中，起著促使中間相成球的作用，但是同時，一次喹啉不溶物又起著妨礙中間相炭微球聚結和結晶的作用，除此之外，一次喹啉不溶物附著于生成的中間相炭微球的表面，導致中間相炭微球的表面光滑度下降和可逆放電容量降低。這樣，較高的一次喹啉不溶物容易促進得到較小粒徑的中間相炭微球，但是，這些中間相炭微球難于從反應過程中生成的中間相中結晶出來，造成收率降低，同時產品品質下降。反過來，降低一次喹啉不溶物的解決方案會造成中間相炭微球成球效果差，球體互相粘連等問題。所以，將調控一次喹啉不溶物作為調整中間相炭微球生產粒徑的思路不可行。

調整反應時間來調控中間相炭微球粒徑的思路是——延長反應時間，增加粒徑；降低反應時間，降低粒徑。這種方案遇到的問題是，延長反應時間導致球體溶并和中間相聚結的比例提高，造成產品球形度不好或者成為聚結在一起的整塊焦，對生產造成損失；降低反應時間，造成中間相成球的轉化不完全，轉化率低，產品收率低。

催化劑的用量調整方案遇到了與反應時間相同的問題。

調整反應體系降溫速率來調整產品粒徑的研究發現：提高反應體系的降溫速率，可以得到粒徑較小的中間相炭微球，但是產品的收率降低非常大；降低反應體系的降溫速率，會提高中間相炭微球的粒徑，但是會增加生產時間，降低生產效率。

發明人對中間相炭微球長時間研究的基礎上，發現可以通過調整中間相炭微球生產過程中的攪拌速率來調控產生的中間相炭微球的中位粒徑，可以在保證產品性能的前提下，不對中間相炭微球的收率造成大的影響。

發明內容

一種中間相炭微球粒徑調控方法，通過調整反應體系的攪拌速率在不對生產產率造成明顯影響的前提下達到調整中間相炭微球生產過程中粒徑調控的目的。

1.本發明是一種中間相炭微球粒徑調控方法，通過調整反應體系的攪拌速率達到調整中間相炭微球生產過程中粒徑調控的目的，其特征在于：

(1)原料為乙烯焦油、煤焦油、重質渣油、石腦油、煤瀝青、石油瀝青中的一種或幾種，物料的喹啉不溶物成分含量為3～7％之間；

(2)催化劑為帶有一個或多個起氧化作用的官能團的有機物或者無機物，或者上述物質的混合物，催化物的含量為反應原料的0.05～5％wt；

(3)反應溫度為350～450℃；