[發明專利]一種制備中間相炭微球的氣霧化方法及裝置

有效

• 申請號: 201310614323.5
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103663440A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 王小憲;鄭化安;付東升;楊陽;張云;黨頌;王文婧
• 申請（專利權）人: 陜西煤業化工技術研究院有限責任公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;H01M4/583
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬鋰離子電池石墨負極材料領域，涉及一種動力鋰電池用中間相炭微球的制造技術，特別涉及一種制備中間相炭微球的氣霧化方法及裝置。

背景技術

中間相炭微球（Mesocarbon?microbead，MCMB）具有獨特的球形層狀結構，化學穩定性與熱穩定性優異、導熱性與導電性優良、嵌入特性突出；1992年日本Yamamura首次將MCMB應用于鋰離子電池中，隨著技術進步與潔凈能源的使用，動力鋰離子電池的需求量將逐漸增大；MCMB表現出的高質量比容量、低不可逆質量比容量及低容量衰減率使其成為極具競爭潛力的優異負極材料。

在生產方面，1973年，日本學者Honda與Yamada通過熱聚合法制得MCMB，該方法由于工藝簡單、易于控制而被應用于工業化生產，但由于團聚的原因，熱聚合法的收率較低，一般為20-35%。中國專利CN02116840.7與CN101811694A公開了瀝青原料與催化劑混合后，在一定溫度與壓力下利用熱聚合法制備MCMB的方法，顯示最高收率為39%。

現有的中間相炭微球的共縮聚制備方法，在不必預處理的條件下，通過中溫煤瀝青與乙烯焦油共縮聚制備球粒均勻的MCMB，收率為20-30%。由于熱聚合法生產效率較低，而且在制備MCMB過程中需消耗大量溶劑反復洗滌，致使目前MCMB成本高，除此之外，MCMB粒徑的均一性與表面質量差等因素嚴重影響使用效能。乳液法與懸浮法雖可以提高MCMB的收率，但需要高溫熱穩定性好的介質及表面活性劑，生產工序復雜，工藝條件控制難度大，成本高，同時存在溶劑污染的問題，工業化應用困難。隨著MCMB在動力鋰電負極中需求量的增大及應用領域的拓展，迫切需要一種高效、低成本、環境友好的制備技術。

發明內容：

本發明提供了一種制備中間相炭微球的氣霧化方法及裝置，解決現有鋰離子電池用負極材料MCMB生產效率低、成本高、制備過程環境不友好等問題。

本發明所采用的技術方案如下：

一種制備中間相炭炭微球的氣霧化裝置，包括中間相瀝青熔融電爐、螺旋擠壓輸送機、霧化室，以及氣體霧化頭，所述螺旋擠壓輸送機的一端與中間相瀝青熔融電爐相連，另外一端伸入霧化室并與氣體霧化頭相連，所述氣體霧化頭通過霧化頭固定裝置緊固于霧化室頂部，所述氣體霧化頭的氣體通道與氣氛壓力控制系統連接，所述霧化室底部設置粉料收集器，所述霧化室的內壁設置有控溫管道，控溫管道與溫度控制系統連接。

作為本發明的優選實施例，所述霧化室進一步設置有過濾器，過濾器通過管道與壓力控制系統連接。

作為本發明的優選實施例，所述螺旋擠壓輸送機帶有射流噴嘴，該射流噴嘴的出料量為1.0-3.5kg/min。

作為本發明的優選實施例，所述氣體霧化頭包括有兩個氣體噴嘴，兩個噴嘴之間的軸向夾角為30-90°。

作為本發明的優選實施例，所述氣體霧化頭包括有兩個氣體噴嘴，所述氣體噴嘴直徑為射流噴嘴的1-2倍。

一種基于上述氣霧化裝置的中間相炭微球的制備方法，將中間相炭微球的前驅體在中間相瀝青熔融電爐內加熱至熔融態后經螺旋擠壓輸送機噴出，氣體霧化頭上的氣體噴嘴噴射出高壓氣體以對熔融態的中間相瀝青液體霧化，中間相瀝青液體沉降凝固，最終進入到粉料收集器，粉料收集器收集到的中間相炭微球經不熔化處理、炭化處理機石墨化處理后，機構篩分、收集即可，其中，不熔化處理的方法為：在氧化氣氛中，自室溫升溫至160-270℃后，以0.1-0.3℃/min的升溫速度加熱至220-350℃，保溫0.5-10小時，MCMB表面形成穩定的C-O-C氧橋結構；所述炭化處理的方法為：在氮氣或氬氣條件下，1-3℃/分鐘升溫至350-650℃，保溫1-4小時，繼續以1-5℃/分鐘升溫至800-1200℃保溫1-4小時，隨爐冷卻；所述石墨化處理的方法為：在氬氣氣氛下，升溫至1200℃后以10-50℃/min升溫速率升至2000-2400℃，保溫0.5-2小時，隨爐冷卻。

作為本發明的優選實施例，霧化處理過程中，氣氛壓力為0.3-9Mpa，高壓氣體為非氧化氣體或者氧氣與非氧化氣體形成的混合氧化性氣體，所述非氧化氣體為氮氣或氬氣，在混合氧化性氣體中，氧化氣氛含量為0-30%。

作為本發明的優選實施例，所述霧化室的溫度為15-60℃，霧化室壓力為0.6-1.6atm。

作為本發明的優選實施例，在所述不熔化處理方法中，所述氧化氣氛為空氣、氧氣、臭氧、二氧化氮或三氧化硫氣氛。