[發(fā)明專利]一種負極材料焦的生產工藝及其生產裝置

在審

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• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109082301A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 張功多;劉書林;屈濱;武全宇;張勇;李強生;何瑩;陳雪;郭明聰
• 申請（專利權）人: 中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司
• 主分類號: C10G55/02
• 分類號: C10G55/02
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

一種負極材料焦的生產工藝，是在延遲焦化混合油中添加高純石墨粉，經焦化得到負極材料焦，采用的裝置包括焦化塔、加熱爐、分餾塔；還包括重油中間罐，所述重油中間罐的重油入口與分餾塔的重油采出口相連接，重油中間罐的物料出口通過管道和重油泵連接分餾塔底部的一個入口，所述重油中間罐設有罐體加熱器和攪拌器，在重油中間罐上還設有石墨粉進料口。本發(fā)明添加高純石墨粉，以及采用低喹啉不溶物、低灰的原料，保障負極材料焦的純度。通過調整高純石墨粉的比例來改變原料成焦過程，改變負極材料焦的微觀結構，滿足不同類型負極材料生產需求。在現有成熟裝置基礎上進行改進，可實現負極材料焦連續(xù)生產，生產效率高。

技術領域

本發(fā)明涉及負極材料生產領域，尤其涉及一種負極材料焦的生產工藝及其生產裝置。

背景技術

鋰離子電池具有高比能量、循環(huán)壽命長、無記憶效應等諸多優(yōu)點，隨著各類電子產品的快速發(fā)展，以及國家對新能源汽車產業(yè)的政策鼓勵，鋰離子電池產業(yè)必將在未來持續(xù)高速發(fā)展，為負極材料產業(yè)帶來了更大的機遇，但同時也提出了更高的要求。

負極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵因素之一，目前主導負極材料市場的主要是炭負極材料，主要有天然石墨、中間相炭微球(MCMB)、針狀焦、石油焦、冶金焦等。天然石墨顆粒表面反應活性不均，晶粒粒度較大，充放電過程中晶體結構容易被破壞，存在首周效率低、倍率性能不好等缺點，經過包覆、表面改性等技術處理，可以基本滿足消費類電子產品對小型電池性能的要求。MCMB顆粒表面結構為均勻的石墨結構邊緣，反應活性均勻，具有首周效率高、倍率性能優(yōu)等優(yōu)點，但總體性能與人造石墨相比無明顯優(yōu)勢，且制作成本高，在市場占比不高。目前針狀焦、石油焦、冶金焦等經高溫石墨化得到的人造石墨，經過改性處理，在一定程度上改善了天然石墨的缺陷，得到了業(yè)界的認可，市場占有率相對較高，但人造石墨原料針狀焦、石油焦、冶金焦等炭素材料由于其特有的微觀結構和性能，主要適用于石墨電極、增碳劑、鋼鐵冶煉等領域，不是專門為負極材料而開發(fā)和生產的，它們固有的材料結構使其在鋰離子電池應用方面存在一定缺陷，不能滿足未來鋰離子電池發(fā)展對負極材料的更高要求，尤其在動力電池應用方面，不能滿足更高的容量、更長的循環(huán)壽命、更高的安全性能等要求，因此需開發(fā)一種結構更穩(wěn)定、更適用于負極材料專用的炭素材料。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現有負極材料的缺陷，提出一種負極材料焦的生產工藝及其生產裝置。該工藝特點是，在成熟的延遲焦化工藝基礎上進行裝置改進，并在延遲焦化混合油中添加高純石墨粉，經焦化得到負極材料焦，生產得到的負極材料焦純度高、易石墨化，制成的負極材料在鋰離子電池應用過程中，具有結構穩(wěn)定、容量高、倍率性能好、安全性能高等優(yōu)點，滿足鋰離子電池發(fā)展的更高要求。

為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案實現：

一種負極材料焦的生產工藝，是在延遲焦化混合油中添加高純石墨粉，經焦化得到負極材料焦，具體工藝步驟包括：

1)原料預熱：焦化原料經泵由焦化原料罐抽出，經加熱爐預熱后進入分餾塔底部；

2)添加石墨粉并混合：將高純石墨粉加入到重油中間罐中與分餾塔采出的焦化重油混合均勻后，經泵送至分餾塔底部，與焦化原料和塔底重油混合成焦化混合油；

3)延遲焦化：混合油經泵送至焦化加熱爐，經加熱爐加熱后，進入延遲焦化塔焦化；

4)分餾塔分餾及焦化原料油混合：由焦化塔焦化產生的高溫油氣進入分餾塔底部，經分餾得到焦化重油、輕油、煤氣，部分重油采出至重油中間罐，一部分作為副產品采出；

5)除焦：延遲焦化塔進料24～72小時后，停止進料，經水力除焦、烘干后得到負極材料焦。

所述高純石墨粉粒度為0～20μm，純度大于99％。

所述高純石墨粉添加比例為重油質量的0.1～30％。

所述焦化原料為煤系瀝青、石油系瀝青其中的一種或兩種混合。