一種以冶金焦粉為原料制備鋰離子電池負極材料的方法技術

本發明專利技術公開一種以冶金焦粉為原料制備鋰離子電池負極材料的方法，其先將粒徑≤3mm的大顆粒冶金焦粉進行細磨；將酸液置于80℃水浴鍋中，加入細磨后的冶金焦粉進行一次酸解，攪拌1?2h，抽濾，收集濾餅；將氫氟酸溶液置于50℃水浴鍋中，加入一次酸解后的濾餅進行二次酸解，攪拌1?2h，抽濾，收集二次酸解冶金焦粉；依次置于堿溶液、去離子水中洗滌，過濾、干燥；將干燥后的冶金焦粉與球化劑混合進行球化處理，過篩、純化；將純化后的冶金焦粉在石墨化原子爐中于2500?3500℃溫度下石墨化處理21?25h。通過本方法可以制備出性能良好的鋰離子電池用負極材料的同時，也為冶金焦粉的高附加值利用開辟了一條新的途徑。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于鋰離子電池負極材料制備領域，具體涉及一種利用冶金焦粉為原料制備鋰離子電池負極材料的方法。
技術介紹
在國家大力倡導節能環保與可持續發展的背景下，新能源汽車獲得了快速發展，與此相聯系的是鋰離子動力電池的需求量激增，從而大幅帶動上游原材料的需求。在此背景下，原材料廠商也獲得了快速發展，然而眾多材料廠商甚至電池廠商在產品需求大增的情況下，產品價格并沒有因為技術進步或者原料來源的改變而大幅下降，在國家補貼政策逐年滑坡的情況下，如何最大限度的降低鋰離子電池的成本是每個鋰電池極其上下游材料廠商與整車廠商必須思考的問題。目前多數鋰電池廠商的做法是自己去做鋰電池的材料如正極材料、負極材料、隔膜與電解液，亦或者與材料廠商共同投資生產，這些均是從商業模式上的探索與實踐，并沒有從根本上降低鋰電池的制造成本。而與鋰電池行業如日中天的發展趨勢相比，昔日制造業巨頭鋼鐵企業卻延續著多年的萎靡，面臨產能過剩、環境污染、資源浪費等諸多問題，特別是在冶金固體廢棄物的利用上，例如煉鐵工序的瓦斯泥、煉鋼過程產生的塵泥、煉焦與熄焦過程產生的冶金焦粉等，雖然多數企業也在進行場內循環利用，但是大多時候因效果不佳而將其大量堆置或者用來鋪路等低附加值利用，造成資源的浪費以及環境的污染。冶金焦粉是在煉焦以及熄焦過程中產生的固體粉塵，隨著鋼鐵的大量生產及產量也會大量增加，其主要成分為碳，還有少量的灰分等。本專利技術的主要目的是將冶金行業廢棄的冶金焦粉進行物理加工和化學加工，將其制備成鋰離子電池所用的負極材料，既可以降低鋰離子電池的成本，又可以解決鋼鐵企業的環境污染和資源浪費等問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術存在的缺陷，提供一種以冶金焦粉為原料制備鋰離子電池負極材料的方法。本專利技術的目的可以通過以下技術方案實現：一種以冶金焦粉為原料制備鋰離子電池負極材料的方法，包括以下步驟：(1)將粒徑≤3mm的大顆粒冶金焦粉細磨至粒徑為1-10μm；(2)將酸液置于80℃水浴鍋中，加入細磨后的冶金焦粉進行一次酸解，攪拌1-2h，抽濾，收集濾餅；將氫氟酸溶液置于50℃水浴鍋中，加入一次酸解后的濾餅進行二次酸解，攪拌1-2h，抽濾，得二次酸解冶金焦粉；(3)將二次酸解冶金焦粉依次置于堿溶液、去離子水中洗滌，過濾、干燥；(4)將干燥后的冶金焦粉與球化劑混合進行球化處理，過篩、純化；(5)將純化后的冶金焦粉在石墨化原子爐中于2500-3500℃溫度下石墨化處理21-25h。優選的，步驟(1)所述細磨為利用擺式粉磨機進行粉磨或者利用行星式球磨機進行球磨，粉磨時間100-180s；球磨速度350r/min，球磨時間5-6h。優選的，步驟(2)所述酸液為鹽酸或硝酸溶液，所述酸液濃度為1mol/L；所述氫氟酸溶液濃度為1mol/L。優選的，步驟(3)堿溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水溶液中一種，堿溶液的濃度為0.1mol/L。優選的，步驟(3)干燥可以為空氣干燥，干燥溫度為100℃，干燥時間24h；也可以是在真空中或者惰性氣體保護下進行高溫干燥，干燥溫度700℃，干燥時間8h。優選的，步驟(4)球化劑為石油瀝青或者煤瀝青，球化劑加入量為冶金焦粉的1-10％。優選的，步驟(4)過篩是指篩網直徑為5-18μm。優選的，步驟(4)純化條件是：700-1200℃氮氣氣氛中純化7-12h。本專利技術的有益效果：本專利技術采取了細磨方式使得焦粉中的反應活性中心暴露出來，便于后續的酸解除雜；且酸解過程分成兩步進行，先后去除不同溶解度性質的雜質，達到冶金焦粉化學成分最大限度地純化；球化過程后再通過過篩篩選最大限度地使得制備的負極石墨材料粒徑的均衡性，有利于鋰電池性能的穩定；在高溫條件下的再次純化使得球團的成分更純；最后進行高溫石墨化，制備出適合于鋰離子電池負極材料用的石墨材料。本專利技術的優點在于降低了鋰離子負極材料的成本，從而降低了鋰離子電池的成本，另一方面也為冶金焦粉的高附加值利用開辟新途徑。附圖說明圖1為本專利技術利用冶金焦粉制備出鋰離子電池負極材料的工藝流程圖；圖2為本專利技術實施例1利用冶金焦粉制備出鋰離子電池負極材料的XRD圖；圖3為本專利技術實施例1利用冶金焦粉制備出鋰離子電池負極材料的SEM圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術作進一步詳細描述。表1所示為冶金焦粉的化學成分，從冶金焦粉的化學成分可以看出，冶金焦粉中接近80％為碳，是制備鋰離子電池負極材料的優良原料，表2所示為冶金焦粉中灰分的成分，為冶金焦粉的酸解除雜提供依據。實施例1如圖1所示，一種以冶金焦粉為原料制備鋰離子電池負極材料的方法，包括如下步驟：第一步，取100g從鋼鐵企業運來的冶金焦粉，放入擺式粉磨機中進行粉磨180s，用激光力度儀測試粉磨后的冶金焦粉的粒度，如粒徑仍然較大則需進行二次粉磨，直至焦粉的粒徑在1-10μm；第二步，配置lmol/L的稀鹽酸溶液350ml，置于80℃水浴鍋中，緩慢加入充分粉磨的冶金焦粉并不停攪拌，持續1-2h，待充分反應后，利用布氏漏斗進行抽濾，濾液可以進行純化以制備其他化學試劑，濾餅收集后進行二次酸解；配置lmol/L的稀氫氟酸溶液700ml，置于50℃水浴鍋中，緩慢加入經過第一次酸解后的冶金焦粉濾餅，并不停攪拌，持續1-2h，待充分反應后，利用布氏漏斗進行抽濾，濾液同樣可以進行提純制備氟硅酸等化學試劑。兩次酸解主要反應的方程式分別如下：第一次酸解：Al2O3+6HCl＝2AlCl3+3H20(1)CaO+2HCl＝CaCl2+H2O(2)MgO+2HCl＝MgCl2+H2O(3)FeO+2HCl＝FeCl2+H2O(4)Fe+2HCl＝FeCl2+H2↑(5)第二次酸解：SiO2+6HF＝H2SiF6+2H2O(6)第三步，配置濃度為0.1mol/L的稀NaOH溶液，將經過兩次酸解后的冶金焦粉放入稀NaOH溶液中并不停攪拌，再次進行過濾，然后再將冶金焦粉放入去離子水中并進行攪拌，最后過濾獲得化學成分純凈的焦炭。第四步，將獲得的冶金焦粉在氮氣氣氛中于700℃干燥8h；第五步，在干燥的冶金焦粉中加入質量比為10％的石油瀝青，混合均勻后放入造球機中進行球化處理，并用篩網直徑為5μm的篩子對已經球化的冶金焦粉進行過篩處理，對于粒徑過大的冶金焦粉團破碎后重新進行球化處理。第六步，將球化的冶金焦粉團在700℃氮氣氣氛中進行純化12h。第七步，將經過高溫純化的冶金焦粉團在石墨化原子爐中于2500℃溫度下進行石墨化處理25h。圖2為本專利技術實施例1利用冶金焦粉制備出鋰離子電池負極材料的XRD圖。從圖2可以看出，圖中顯示石墨的特征峰，無雜質峰出現，表明經過圖1所示的一系列除雜、球化、石墨化等過程所制備的負極材料是純相石墨，可以用作鋰離子電池負極材料。圖3為利用冶金焦粉制備出鋰離子電池負極材料的SEM圖，圖中顯示經過球化處理的負極材料呈均勻的球狀結構，球狀結構具有較好的加工性能和電性能。從圖2和圖3的檢測結果來看，利用冶金焦粉為原料所制備的球狀石墨材料可以用作鋰離子電池的負極材料。實施例2第一步，取100g從鋼鐵企業運來的冶金焦粉，放入行星式球磨機中進行球磨5h，球磨速度350r/min，用激光力度儀測試粉磨后的冶金焦粉的粒度，如粒徑仍然較大則需進行二次球磨，直至焦粉的粒徑在1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種以冶金焦粉為原料制備鋰離子電池負極材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）將粒徑≤3mm的大顆粒冶金焦粉細磨至粒徑為1?10μm；（2）將酸液置于80℃水浴鍋中，加入細磨后的冶金焦粉進行一次酸解，攪拌1?2h，抽濾，收集濾餅；將氫氟酸溶液置于50℃水浴鍋中，加入一次酸解后的濾餅進行二次酸解，攪拌1?2h，抽濾，得二次酸解冶金焦粉；（3）將二次酸解冶金焦粉依次置于堿溶液、去離子水中洗滌，過濾、干燥；（4）將干燥后的冶金焦粉與球化劑混合進行球化處理，過篩、純化；（5）將純化后的冶金焦粉在石墨化原子爐中于2500?3500℃溫度下石墨化處理21?25h。

【技術特征摘要】
1.一種以冶金焦粉為原料制備鋰離子電池負極材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）將粒徑≤3mm的大顆粒冶金焦粉細磨至粒徑為1-10μm；（2）將酸液置于80℃水浴鍋中，加入細磨后的冶金焦粉進行一次酸解，攪拌1-2h，抽濾，收集濾餅；將氫氟酸溶液置于50℃水浴鍋中，加入一次酸解后的濾餅進行二次酸解，攪拌1-2h，抽濾，得二次酸解冶金焦粉；（3）將二次酸解冶金焦粉依次置于堿溶液、去離子水中洗滌，過濾、干燥；（4）將干燥后的冶金焦粉與球化劑混合進行球化處理，過篩、純化；（5）將純化后的冶金焦粉在石墨化原子爐中于2500-3500℃溫度下石墨化處理21-25h。2.根據權利要求1所述的以冶金焦粉為原料制備鋰離子電池負極材料的方法，其特征在于，步驟（1）所述細磨為利用擺式粉磨機進行粉磨或者利用行星式球磨機進行球磨，粉磨時間100-180s；球磨速度350r/min，球磨時間5-6h。3.根據權利要求1所述的以冶金焦粉為原料制備鋰離子電池負極材料的方法，其特征在于，步驟（2）所述酸液為鹽酸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周元，陳順東，丁傳記，劉超，葛飛，王少凱，
申請(專利權)人：安徽安凱汽車股份有限公司，
類型：發明
國別省市：安徽;34