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正文內(nèi)容

鋰離子電池負(fù)極材料生產(chǎn)工藝開發(fā)技術(shù)報(bào)告(存儲(chǔ)版)

  

【正文】 圖4—1炭化裝置簡(jiǎn)易圖根據(jù)日生產(chǎn)能力要求,設(shè)定50㎏/h的出料速度,即初步設(shè)定出料速度為25Hz;根據(jù)產(chǎn)品的檢測(cè)結(jié)果,以所用控制溫度為最低和使生產(chǎn)的產(chǎn)品達(dá)到最佳質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn),分別做不同控溫程序比較,從中選擇最佳控溫程序,實(shí)驗(yàn)中采用鉑銠鉑熱電偶測(cè)溫。c) 經(jīng)過(guò)包覆后,用所選用的管式反應(yīng)器進(jìn)行炭化試驗(yàn),所生產(chǎn)出產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)均可以達(dá)到用戶要求的指標(biāo)。五、試驗(yàn)研究結(jié)論通過(guò)對(duì)使用自行研制的設(shè)備進(jìn)行負(fù)極材料的生產(chǎn)試驗(yàn)的結(jié)果分析,可以得到如下結(jié)論a) 根據(jù)瀝青制備試驗(yàn)和試用結(jié)果來(lái)看,所選用的瀝青加工設(shè)備可以生產(chǎn)出滿足下一步工藝要求的包覆原料。出料速度30Hz以下,篩上物含量和比表面積都沒(méi)有什么變化,而在出料速度達(dá)到30Hz以上,篩上物含量和比表面積都有明顯上升趨勢(shì),因此依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定最佳出料速度為30Hz。電機(jī) 混合室 機(jī)座 出料口圖3—2 高速混合機(jī)裝置示意圖 混合工藝確定根據(jù)瀝青的軟化點(diǎn)110℃,初始設(shè)定高速混合機(jī)控制溫度為:140℃;確定混合時(shí)間:設(shè)定主料與瀝青的比例92:8,混合出最均勻的效果且所用時(shí)間最少為標(biāo)準(zhǔn)混合時(shí)間,根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定混合60分鐘為最佳混合時(shí)間,具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)2—1表。經(jīng)炭化的產(chǎn)品在石墨化高溫處理后,導(dǎo)電性能進(jìn)一步增強(qiáng),最終產(chǎn)品可以滿足鋰離子電池對(duì)炭負(fù)極高的電容量、高的壓實(shí)密度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、不可逆容量損失低、衰減慢、合理的粒徑分布和表面性質(zhì)等要求。用高軟化點(diǎn)和QI含量低的瀝青進(jìn)行包覆,可以提高包覆效果及核殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。作為包覆材料,我們選用瀝青作為包覆材料。一、 研制方法1 包覆原料制取石墨類碳材料的插鋰特性是:①插鋰電位低且平坦,可為鋰離子電池提供高的平穩(wěn)的工作電壓。過(guò)大的顆粒存在會(huì)造成薄膜不平整,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成短路。天然石墨有六方形和菱形兩種不同的晶體結(jié)構(gòu),在礦物學(xué)上分別對(duì)應(yīng)鱗片石墨和土狀石墨,后者也稱微晶石墨。負(fù)極材料是鋰離子嵌入碳化合物,常用的碳材料有石油焦和石墨等。負(fù)極中,碳材料與黏合劑、助劑合用,涂覆于銅箔集流器上。正負(fù)電極由電解質(zhì)分隔開,電解質(zhì)一般為有機(jī)碳酸脂溶劑中的鋰鹽(LiPF6),電解質(zhì)溶液浸泡于微孔聚合物膜中。但能真正作為商品化使用的到目前為止還只是炭材料,初期主要有石墨類和焦炭類兩類,目前負(fù)極材料的使用基本上是以石墨類材料為主,只不過(guò)是有天然石墨和人造石墨之分。表1—1 加工性負(fù)極材料與合成性負(fù)極材料的比較比較內(nèi)容合成性負(fù)極材料加工性負(fù)極材料原料瀝青、芳烴石墨塊、樹脂工藝關(guān)鍵聚合、分離表面處理主要特點(diǎn)形態(tài)好非球型,形態(tài)較差原料便宜對(duì)原料有嚴(yán)格限制質(zhì)量穩(wěn)定原料外購(gòu)、質(zhì)量不穩(wěn)工藝復(fù)雜、投資大工藝簡(jiǎn)單、投資小循環(huán)性好電容量高成本高成本較低綜合評(píng)價(jià)成熟產(chǎn)品、性價(jià)比低較成熟產(chǎn)品、性價(jià)比高(見(jiàn)表12)表1—2 炭負(fù)極材料指標(biāo)控制說(shuō)明炭負(fù)極材料指標(biāo)單位理想值極限值可接受范圍粒度(D50)真密度振實(shí)密度灰分比表面積D002首次放電容量首次放電效率μmg/cm3g/cm3% m2/gnmmAh/g% 15~20≥≥≤≤≤≥330/350≥95253729710~25~~~~~315~36092~97(見(jiàn)表1—3)表1—3 鋰離子電池對(duì)炭負(fù)極材料的要求鋰離子電池炭負(fù)極材料負(fù)極材料性能指標(biāo)高能量密度高的電容量、高的壓實(shí)密度石墨化度高、振實(shí)密度高、高壓縮性長(zhǎng)壽命晶體結(jié)構(gòu)反復(fù)充放不碎、 薄膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定石墨化度、比表面積、灰分正極利用率高不可逆容量損失低首次放電效率高使用安全衰減慢首次放電效率高薄膜加工性好粒徑分布、表面性質(zhì)粒度分布、振實(shí)密度 炭負(fù)極材料評(píng)價(jià)決定炭負(fù)極材料優(yōu)劣的因素主要有三個(gè)方面。~ m2/g,對(duì)于負(fù)極材料來(lái)說(shuō),這個(gè)數(shù)值過(guò)大。由于石墨間距(d002≤)小于鋰層間化合物L(fēng)iGIC的晶面層間距(d002≤)致使在充放電過(guò)程中,石墨層間距改變,易造成石墨層剝落、粉化,還會(huì)發(fā)生鋰與有機(jī)溶劑共同嵌入石墨層及有機(jī)溶劑分解,將影響電池循環(huán)性能。瀝青產(chǎn)品主要有五類,即普通瀝青、道路瀝青、建筑
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