石墨负极材料的生产工艺主要包括以下几个步骤:
原料预处理
粉状碳粉:作为主要原料。
沥青:作为粘结剂。
焦炭(破碎、包覆、混捏):另一种常用的原料。
成型
将预处理后的原料进行混捏、成型(造粒)等操作,形成初步的负极材料。
石墨化
将成型后的负极材料在高温(2200-3300℃)下进行石墨化处理,使碳原子由杂乱无序排列转变为规则排列的六方平面网状结构,从而提高其导电性、导热性、耐腐蚀性和耐摩擦性。
筛分与除磁
石墨化处理后的负极材料进行筛分,去除过大或过小的颗粒,并进行除磁处理,以确保最终产品的质量。
包装
将处理好的负极材料进行包装,准备用于锂离子电池的组装。
主要工艺细节
造粒:
造粒是石墨负极生产中最核心的环节,颗粒大小直接影响负极的性能。大颗粒易膨胀,循环寿命短;小颗粒需要更多粘结剂,影响电池能量密度。高端人造石墨通常在石墨化后进行二次造粒,将多个小颗粒粘结起来,以兼顾膨胀性能和能量密度。
石墨化:
石墨化温度通常在2200-3300℃之间,时间不少于8小时。石墨化过程使碳原子由乱层结构转化为有序的石墨晶体结构,从而获得优异的性能。
其他工艺:
热压成型:将石墨颗粒通过振动、压实的方式,使其在高温高压下形成坚实的石墨坯体。
浸渍:将石墨坯体浸入液态的负极材料中,使其充分渗透。
干燥:去除水分。
硫化:将浸渍干燥后的石墨坯体放入特殊的硫化炉中进行硫化处理,使其成为负极石墨。
结论
石墨负极材料的生产工艺主要包括原料预处理、成型、石墨化、筛分与除磁以及包装等步骤。其中,造粒和石墨化是工艺的核心环节,直接影响负极材料的性能。根据原料的不同(如天然石墨或人造石墨),具体工艺细节会有所调整。