用生石油焦和水溶性粘結劑制造的坩堝及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及坩堝制造技術領域，具體涉及一種用生石油焦和水溶性粘結劑制造的 坩堝及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 鋰離子電池因其具有能量高、電池電壓高、工作度范圍寬、貯存壽命長等優點，已 廣泛應用于軍事和民用小型電器中。負極材料是鋰離子電池的關鍵材料之一，而碳質材料 常用的鋰離子電池負極的材料，目前常用的碳負極材料主要有天然石墨和人造石墨，天然 石墨含有很多礦物雜質，且生產的效率不高，嚴重的制約了天然石墨的精細化開發應用。
[0003] 人造石墨是將易石墨化碳經2800度以上超高溫石墨化處理制得，作為鋰離子電池 負極材料的人造石墨類材料主要有中間相碳徽球石墨、石墨纖維，及其他各種石墨化碳等。 其中人們最為熟悉的是高度石墨化的中間相碳微球，簡稱MCMB，商品化的高度石墨化MCMB 具有優良的循環性，是目前長壽命小型鋰離子電池及動力電池所使用的主要負極材料之 一。中間相瀝青碳微球作為鋰離子電池負極材料使用時，需要將未石墨化的碳負極粉盛裝 在用石墨材料制造的碳坩堝中，然后將坩堝裝入石墨化爐進行2800°C以上石墨化處理，這 種由石墨材料制造的坩堝價格非常昂貴，大大增加了負極材料的生產成本。
[0004] 目前使用的生產碳負極材料用坩堝，是用石油焦經過煅燒、破碎、加瀝青粘結劑混 合、擠壓或模壓成型、焙燒、石墨化等工序制造成毛坯料，再通過機械加工制造成碳坩堝成 品這種坩堝的缺陷主要有：一、生產工藝復雜，用石油焦經過煅燒、破碎、加瀝青粘結劑混 合、擠壓或模壓成型、焙燒、石墨化和機械加工等工序，每一道工序都有特定的工藝要求，生 產工藝非常復雜；生產周期長。從原料投入到成品出廠，生產周期長達3個月左右；二、產品 成品率低，在生產過程中因坯料開裂容易出現廢品，在機械加工時又要從坯料中掏出空間 作為盛裝碳負極材料的容器，使好的坯料變成了無用切削粉末，坯料的有效利用率只有 43%左右;三、產品品種單一，為了機械加工制造的方便，只能生產圓柱形的坯料來加工圓 柱形的坩堝，如果要加工其他形狀的坩堝，坯料的損耗更大，產品的成品率更低；四、消耗能 源，在生產過程中需要高溫進行混合、焙燒和石墨化，造成大量的能源消耗;五、環境污染， 在生產過程中粉塵和煙塵無法有效控制，工作環境惡劣，且瀝青在焙燒和石墨化過程中釋 放出有毒氣體;六、生產成本高，由于需要焙燒或石墨化處理生產坩堝，需要消耗大量能量， 加上廢品率較高，生產一噸負極粉需要坩堝成本約為4000-5000元。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是為了克服現有技術中存在的上述缺陷，提供一種石油焦制作坩堝 的方法。
[0006] 為解決上述問題，本發明提出一種用生石油焦和水溶性粘結劑制造坩堝的方法， 包括以下步驟：
[0007] 步驟一、將生石油焦破碎至小于4mm;
[0008] 步驟二、將水溶性有機溶劑與稀釋劑按照3-10:10-25的質量比混合制成粘結劑溶 液；
[0009] 步驟三、將粘結劑溶液與破碎完畢的生石油焦按一定比例混合，攪拌60-150分鐘 得到糊料，所述糊料中水溶性有機溶劑、稀釋劑和生石油焦的質量比為3-10 :10-25 :90-105；
[0010]步驟四、將上述糊料分別放入坩堝模具中，采用機械振動或者壓力成形方法成型 得到坩堝濕胚；
[0011]步驟五、將成型的坩堝濕胚取出靜置1-3天干燥后脫模，得到坩堝粗胚；
[0012] 步驟六、在坩堝粗胚中加入碳負極材料后進行石墨化處理，即得到合格的坩堝。
[0013] 上述技術方案中，所述步驟二中的水溶性有機溶劑為α-淀粉或可溶性殼聚糖。
[0014] 上述技術方案中，所述步驟二中的稀釋劑為自來水、純凈水或去離子水。
[0015] 上述技術方案中，所述步驟三中機械振動成型是將裝有糊料的坩堝模具放入振動 成型機中，在振動頻率2950-3200次/分鐘下振動15-25分鐘，振幅1.1-1.3mm，機械振動成型 后i甘堝濕胚的密度為1.5-1.6g/cm3〇
[0016] 上述技術方案中，所述步驟三中壓力成形是將裝有糊料的坩堝模具放入壓力成型 機中，在1 -5KPa壓力下，壓制5-20分鐘。
[0017] 上述技術方案中，所述步驟五中坩堝粗胚的抗壓強度大于0.5MPa。
[0018] 上述技術方案中，所述步驟六中的石墨化處理是將坩堝粗胚中加入碳負極材料后 放入石墨化爐，在坩堝粗胚周圍放置電阻料，加熱至爐溫達到2800-2950°C。
[0019] 本發明還公開了采用上述方法制造的圓形或方形坩堝，特別是一種內部中間設置 有隔柵的方形坩堝。
[0020] 本發明利用生石油焦含有一定的焦油和易揮發組份，將生石油焦破碎成適當的顆 粒，加入適量的非瀝青質水溶性粘結劑和稀釋劑，與生石油焦的顆粒在常溫下進行混合形 成糊料，將這種糊料裝入坩堝模具，通過模壓或者振動成形制成坩堝，這種坩堝在常溫下通 過粘結劑的粘合力固定成形，在裝入石墨化爐以后，生石油焦含有的焦油在適當的溫度區 域排出揮發份，剩下的焦油碳化把碳顆粒粘結一起，在升溫過程中坩堝周圍的電阻料和坩 堝內的碳負極材料保持了坩堝的形狀不發生變化，直到達到石墨化高溫，不僅坩堝內的碳 負極材料實現了石墨化，坩堝本身也實現了石墨化。本發明的優點是：
[0021] -、節能能源，在生過程中，省去了原料煅燒、半成品焙燒和石墨化的工序，節省了 大量的能源。
[0022]二、、環保生態，采用非瀝青質水溶性粘結劑，不僅減少了廢氣和塵土，同時粘結性 能好，不影響坩堝的石墨化過程。
[0023]三、提高了生產效率，本發明省去了原料煅燒、半成品焙燒和石墨化的工序，生產 工藝簡單，沒有中途生產的廢品和機械加工的廢料，成品率大大提高。
[0024]四、節省了人力物力，流程減少從而減少了坩堝生產的人工需要，相比現有技術節 約人工成本70%以上。
[0025]五、節省了土地使用面積和建筑投資，本發明不需要對原料進行煅燒和焙燒，占地 面積只需要400平方米左右，與現有的坩堝生產相比，節約土地兩倍以上；同時建設投資在 數百萬以內就可以建成一套年產5萬只碳坩堝的生產系統，相比用石墨化坯料通過機械加 工制造的碳坩堝，整個系統投資需要數千萬元元乃至過億元，節約資金數十倍。
[0026] 六、維護成本低，維修方便，整個系統只需要通用的破碎機、振動成形機或壓力成 型機，維修和保養方便。
[0027] 七、可以實現多品種生產，運用本發明既可以生產圓形的坩堝，也可以生產方形的 坩堝，特別是生產中間帶隔柵的方形坩堝，這種帶隔柵的方形坩堝到石墨化加熱的后期坩 堝本體也成了發熱電阻時，隔柵和被格柵分隔的左右坩堝本體形成三個電阻并聯同時發 熱，使坩堝中的碳負極材料受熱更加均勻，生產出的碳負極粉的質量會更好。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明方法的流程示意圖；
[0029] 圖2為本發明方法生產的圓形坩堝的剖面結構示意圖；
[0030] 圖3為本發明方法中方形帶格柵坩堝的外觀示意圖；
[0031] 圖4為圖3中A-A處的剖面