一种高强度球形石墨的高效制备工艺

技术领域

本发明属于球形石墨生产技术领域，具体涉及一种高强度球形石墨的高效制备工艺。

背景技术

石墨材料具有六方晶体层状结构，而被用于做锂离子电池负极材料。尤其是天然鳞片石墨因其来源广泛，价格低廉，而被大量应用于锂离子电池负极材料。然而，天然鳞片石墨外观形状为片状，直接使用其能量密度、锂离子嵌入和脱嵌都会受到很大的影响，其安全性也没有保障。因此，有必要对鳞片石墨外形进行加工，克服鳞片石墨自身缺陷，才能真正应用于锂离子电池负极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度球形石墨的高效制备工艺。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高强度球形石墨的高效制备工艺，包括以下几个步骤：

a)提供石墨原料；

b)将所述石墨原料先于转速为2500rpm～5000rpm且顺时针方向旋转的汽流粉碎机中进行第一研磨，再于转速为2500rpm～5000rpm且逆时针方向旋转的汽流粉碎机中进行第二研磨，并且，该第一研磨和第二研磨交替重复至少两次，得到土豆形石墨微粒；

c)将所述土豆形石墨微粒先于放有方形磨块介质以1000rpm～4000rpm的转速且顺时针旋转的整形机中进行第一整形处理，再于放有圆柱形磨块介质以500rpm～3000rpm转速且逆时针旋转的整形机中进行第二整形处理，得到预制品，其中第一整形处理的时间为10分钟～100分钟，第二整形处理的时间为20分钟～120分钟；

d)将预制品进行连续分级，得到中位径为10微米～35微米的球形石墨。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：该制备方法中，石墨原料通过顺时针方向及逆时针方向的研磨得到土豆形石墨微粒，然后，将土豆形石墨微粒经由方形磨块介质以及圆柱形磨块介质的整形，得到高球形度、高强度的球形石墨。该方法简单易行，成型率及收得率高，易于工业化。

具体实施方式

以下将对本发明提供的高强度球形石墨的高效制备工艺作进一步说明。

本发明提供一种高强度球形石墨的高效制备工艺，，其特征在于，包括以下几个步骤：

S1，提供石墨原料；

S2，将所述石墨原料先于转速为2500rpm～5000rpm且顺时针方向旋转的汽流粉碎机中进行第一研磨，再于转速为2500rpm～5000rpm且逆时针方向旋转的汽流粉碎机中进行第二研磨，并且，该第一研磨和第二研磨交替重复至少两次，得到土豆形石墨微粒；

S3，将所述土豆形石墨微粒先于放有方形磨块介质以1000rpm～4000rpm的转速且顺时针旋转的整形机中进行第一整形处理，再于放有圆柱形磨块介质以500rpm～3000rpm转速且逆时针旋转的整形机中进行第二整形处理，得到预制品，其中第一整形处理的时间为10分钟～100分钟，第二整形处理的时间为20分钟～120分钟；以及S4，将预制品进行连续分级，得到中位径为10微米～35微米的球形石墨。

在步骤S1中，所述石墨原料为鳞片石墨。该鳞片石墨的粒径为50目～负200目，含碳量为90％～99.99％。

在步骤S2中，所述石墨原料经由第一研磨以及第二研磨得到土豆形石墨微粒。具体的，先由汽流粉碎机内死角或介质顺时针旋转研磨形成不规则尖角棱头、凹凸不平；接着在逆时针旋转时不规则尖角棱头、凹凸不平会被打磨掉；这样交替进行重复研磨后，得到的石墨颗粒在微观状态下的形状逐渐趋于土豆形。该第一研磨机第二研磨交替进行。第一研磨及第二研磨重复的次数为至少两次。具体的，可为2～3次或5～6次。

优选的，第一研磨过程中汽流粉碎机的转速为4000rpm～4500rpm，第二研磨过程中汽流粉碎机的转速为4500rpm～5000rpm。

第一研磨的时间为5分钟～50分钟，第二研磨的时间为10分钟～60分钟。优选的，第一研磨的时间为20分钟～40分钟，第二研磨的时间为30分钟～50分钟。

所述汽流粉碎机为汽流涡旋粉碎机、高压汽流粉碎机、棒式机械粉碎机、超微汽流粉碎机、冲击式粉碎机和流化床汽流粉碎机中的一种或多种。其中，顺时针方向或逆时针方向旋转主要是指汽流粉碎机的主机和分级机的旋转方式。

在步骤S3中，所述土豆形石墨微粒通过第一整形处理及第二整形处理得到预制品。该第一整形处理及第二整形处理为精细的微整形过程。具体的，土豆形石墨微粒在整形机的方形磨块介质中发生无数次的碰撞摩擦。在汽流压力的作用下土豆形石墨微粒在顺时针方向高速旋转的方形介质中以360度全方位的在方形磨块介质中摩擦碰撞。少量呈棒状的或土豆形的颗粒的较长的不规则的地方会在方形磨块介质中以更多次的摩擦碰撞而使其渐趋于球形，即类球形石墨颗粒。然后类球形石墨颗粒在顺时针旋转的方形磨块介质中主要是进行打磨，修整掉在逆时针研磨过程中磨不掉的毛刺、尖角棱头。再经过圆柱形磨块介质的磨擦抛光，即可得到高球形度球形石墨。

所述方形磨块介质为合金材料(如碳化钨、高锰钢等)配件，如转子磨块，定子齿圈等。所述圆柱形磨块介质是耐磨合金材料配件(如碳化铬、奥贝球铁、增韧氧化锆等，如转子磨块，定子齿圈等。所述方形磨块介质及圆柱形磨块介质均可对土豆形石墨微粒进行碰撞、摩擦、剪切、揉搓。

该预制品中含有多种尺寸的球形石墨。因此，需要进一步的连续分级，去除不规则的纳米级以及粒径大于35微米的石墨粒子，而保留中位径为10微米～35微米的球形石墨。这是因为极细小的石墨粒子的比表面积非常大，由此使充放电库仑效率减少；而粒径大于35微米的石墨粒子颗粒较粗，会使已渗入石墨微球颗粒内的锂离子往表面做扩散运动可能需要较长的时间，而对快速充放电性能产生影响，特别是在大电流和低温放电情况下影响更大。

优选的，第一整形处理中整形机的转速为2000rpm～3000rpm，第二整形处理中整形机的转速为1000rpm～2500rpm。

优选的，第一整形处理的时间为40分钟～50分钟，第二整形处理的时间为50分钟～65分钟。

在步骤S4中，所述连续分级过程为：将预制品放入汽流涡旋分级机中进行连续精细分级。具体的，在向上的汽流和向下的重力作用下，通过调节分级叶轮转速来调节汽流大小，从而对不同区间范围内的颗粒发生作用，使超微细的纳米级或亚微米级、微米级颗粒从预制品中分离出来的过程。

以上实施例仅是本发明若干种优选实施方式中的几种，应当指出，本发明不限于上述实施例；对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。