1.  項(xiàng)目概要

鋰離子電池負(fù)極材料- 改性石墨CGS是以球形天然石墨為原料，以煤焦油瀝青和石油瀝青的混合物為另一種原料，兩種原料與添加劑按一定比例進(jìn)行固液混合，在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行聚合反應(yīng)，然后萃取、干燥、炭化和石墨化獲得一種天然石墨表面包覆石墨化中間相層的鋰離子電池碳負(fù)極材料。這種碳負(fù)極材料具有比容量高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的碳負(fù)極材料。

產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)：首次放電比容量≥350mAh/g，首次放電效率≥92%，振實(shí)密度≥1.15 g/cm3，循環(huán)次數(shù)≥500周，放電容量保持80%以上。

該項(xiàng)目創(chuàng)新之處在于，采用特殊的工藝技術(shù)在天然石墨表面包覆石墨化中間相層，改善了石墨與電解質(zhì)溶液相容性，提高了高倍率充放電性能，阻止了充電過程中溶劑分子進(jìn)入石墨層間而引起石墨層剝落現(xiàn)象，從而提高了電池的循環(huán)性能；另一方面，經(jīng)過包覆后大幅度降低了原料天然石墨的比表面積，提高了振實(shí)密度，有利于提高電池首次效率，改善了加工性能。

本項(xiàng)目具有新穎性和廣泛應(yīng)用性，該項(xiàng)目總體技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先并達(dá)到國際先進(jìn)水平。

2.  項(xiàng)目來源及應(yīng)用領(lǐng)域

鋰離子電池是在鋰電池的研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型高能電池，于20世紀(jì)90年代初由日本SONY公司率先研制成功并推向市場，它是以嵌鋰碳材料替代金屬鋰或鋰合金作負(fù)極，克服了鋰二次電池在電極表面鋰的枝晶化問題。它既保持了鋰電池高電壓、高比能等主要優(yōu)點(diǎn)，又具有循環(huán)壽命長、安全性好及使用溫度范圍寬等顯著特點(diǎn)。鋰離子二次電池在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車、空間技術(shù)、國防工業(yè)等領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用前景。

改性石墨負(fù)極材料CGS技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)這一項(xiàng)目，可滿足鋰離子電池廠家需要，產(chǎn)品的各項(xiàng)主要指標(biāo)優(yōu)于國際同類產(chǎn)品水平，它的成功開發(fā)投產(chǎn)，替代了進(jìn)口，節(jié)約了鋰電生產(chǎn)企業(yè)的外匯投入。通過對(duì)我國工業(yè)瀝青綜合利用的新途徑，使得該化工副產(chǎn)品成為高附加值的高科技新材料，從而推動(dòng)煉焦化學(xué)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)我國電池新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)，具有重要意義。CGS產(chǎn)品可適用于開發(fā)生產(chǎn)小型電子便攜設(shè)備的鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極材料。

3.  技術(shù)方案和技術(shù)特征

3.1  工藝流程

CGS 制備工藝流程圖見圖1。CGS的工藝流程是：以球形天然石墨為原料，以煤焦油瀝青和石油瀝青混合物為另一種原料，兩種原料與添加劑按一定的比例進(jìn)行固液混合，在一定的溫度、壓力條件下，進(jìn)行聚合反應(yīng)，控制一定反應(yīng)時(shí)間，在萃取和分離后進(jìn)行干燥，再通過炭化和石墨化獲得一種天然石墨表面包覆石墨化中間相層的鋰離子電池碳負(fù)極材料，檢驗(yàn)合格后包裝入庫。

3.2  技術(shù)方案的主要特點(diǎn)

3.2.1   技術(shù)關(guān)鍵

(1)開發(fā)高固體含量固液混合器為實(shí)現(xiàn)天然石墨微粒表面處理的均勻性和一致性，從而

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，開發(fā)高固體含量的固液混合器，使混料能夠均勻混合，且固液界面無氣相，可流態(tài)化輸送，從而使包覆層均勻穩(wěn)定。

(2)解決液相固化量精確控制問題

為了獲得理想的鋰離子電池負(fù)極材料，在原料中加入一定量的添加劑，抑制了顆粒間的粘結(jié)，可以很好地控制球徑大小，實(shí)現(xiàn)CGS 形態(tài)最佳化。

(3)與現(xiàn)有CMS工藝優(yōu)化組合問題

為更好利用公司現(xiàn)有的研發(fā)及生產(chǎn)設(shè)備，不造成資源的浪費(fèi)，進(jìn)行與現(xiàn)有工藝優(yōu)化組合。

(4)開發(fā)新的分離和熱處理技術(shù)

以天然石墨為基質(zhì)在其表面包覆另一種有不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的炭材料，通過開發(fā)新的分離技術(shù)，經(jīng)過新的高溫?zé)崽幚淼裙に囀侄?，獲得一種天然石墨表面包覆石墨化中間相層的鋰離子電池碳負(fù)極材料，包覆層結(jié)合性好，均勻穩(wěn)定，在提高產(chǎn)品放電容量同時(shí)改善循環(huán)特性。

3.2.2   解決途徑

在生產(chǎn)過程中利用自主發(fā)明的包覆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了天然微粒表面處理的均勻性和一致性，從而為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性提供了保證。設(shè)置了溶劑回收系統(tǒng)，不僅降低生產(chǎn)成本，穩(wěn)定中間產(chǎn)品質(zhì)量，而且實(shí)現(xiàn)了資源的再利用。生產(chǎn)裝置在工藝、設(shè)備、自動(dòng)控制和電器等方面的系統(tǒng)匹配和集成比較成功，不僅實(shí)現(xiàn)了全裝置長周期正常、穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)而且保證了產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。設(shè)備在消防安全、系統(tǒng)防護(hù)、工業(yè)衛(wèi)生和三廢治理等方面措施有利、得當(dāng)，從設(shè)計(jì)和運(yùn)行結(jié)果看均達(dá)到了國家相關(guān)規(guī)范的要求。