ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СФЕРОИДИЗАЦИИ ПРИРОДНЫХ ГРАФИТОВ
Аннотация
В данной работе исследован процесс сфероидизации порошков естественных графитов на оригинальной ударно-отражательной мельнице с внутренней сепарацией частиц. Установлено, что процесс сфероидизации природного графита ударным воздействием зависит как от интенсивности, так и от продолжительности механической активации. Для применяемого типа мельницы критическая линейная скорость ударных элементов ротора мельницы, при которой возможно осуществление сфероидизации частиц графита, составляет 45 м/с. Увеличение линейной скорости вращения мельницы (интенсивность ударного воздействия) приводит к уменьшению среднего размера частиц, увеличению округлости частиц, но значительно повышает потери продукта. В процессе механической активации ударным воздействием удается увеличить коэффициент округлости частиц графита до средних значений 0,8-0,9, что приводит к компактированию порошков графита. Наличие зольных примесей оказывает негативное влияние на способность порошков естественных графитов к компактированию. Предложен механизм протекания процесса сфероидизации частиц графита в ударно-отража-тельной мельнице. Согласно предлагаемому механизму, вначале происходит отрыв пластин графита малого размера и их деформация за счет ударного воздействия. По мере накопления свободной энергии происходит агломерация деформированных частиц в сферы. С увеличением продолжительности обработки наблюдается сглаживание поверхности частиц за счет их трения друг с другом и о стенку мельницы. Полученные предлагаемым способом порошки сферического графита показали возможность их применения в качестве анодного материала литий-ионных аккумуляторов. Исследуемый тип оборудования позволил сократить необходимое количество единиц оборудования с 20 до 12 ударных мельниц в линии по сравнению с зарубежными аналогами.
Для цитирования:
Юдина Т.Ф., Блиничев В.Н., Братков И.В., Гущина Т.В., Мельников А.Г. Исследование процесса сфероидизации природных графитов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2018. Т. 61. Вып. 9-10. С. 48-52
Литература
Otani M., Uchiyama T., Minoshima H., Shinohara K., Takayashiki K., Nakao N. Factors on particle shape control by dry impact blending method. Int. J. Soc. Mater. Eng. Re-sour. 1994. V. 7. P. 35-45.
Caruso M. Direct spheroidization of high carbon steels: effect of thermomechanical processing. Solid State Phenome-na. 2011. V. 172-174. P. 922-927. DOI: 10.4028/www.scientific.net/ /SSP.172-174.922.
Honda F., Honda H., Koishi M. Utilization of the dry impact blending method to prepare irregularly shaped particles for high-performance liquid chromatographic column packings. J. Chromatogr. A. 1995. V. 696. N 1. P. 19-30. DOI: 10.1016/0021-9673(94)01216-2.
Kubota S. Modified graphite particles derived from scaly natural ones, production thereof and secondary battery. 2001. CA 2246953 C.
Wang H., Ikeda T., Fukuda K., Yoshio M. Effect of mill-ing on the electrochemical performance of natural graphite as an anode material for lithium-ion battery. J. Power Sources. 1999. V. 83. N 1-2. P. 141-147. DOI: 10.1016/S0378-7753(99)00288-8.
Spahr M.E. Method for producing graphite powder with an increased bulk density. 2007. B. 1. EP. 1240103.
Ohzeki K., Seino K., Kumagai T., Golman B., Shinohara K. Characterization of packing structure of tape cast with non-spherical natural graphite particles. Carbon. 2006. V. 44. N 3. P. 578-586. DOI: 10.1016/j.carbon.2005.08.001.
Ohzeki K., Saito Y., Golman B., Shinohara K. Shape modification of graphite particles by rotational impact blending. Carbon. 2005. V. 43. P. 1673-1679. DOI: 10.1016/j.carbon.2005.02.007.
Natarajan C., Fujimoto H., Mabuchi A., Tokumitsu K., Kasuh T. Effect of mechanical milling of graphite powder on lithium intercalation properties. J. Power Sources. 2001. V. 92. N 1-2. P. 187-192. DOI: 10.1016/S0378-7753(00)00528-0.
Wu Y.S., Yeh T.S., Lee Y.H., Lee Y.C. Spheroidization modification of artificial graphite applied as anode materials for high rate lithium ion batteries. Adv. Mater. Res. 2011. V. 201-203. P. 421-424. DOI:10.4028/www.scientific.net/AMR.201-203.421.
Mundszinger M., Farsi S., Rapp M., Golla-Schindler U., Kaiser U., Wachtler M. Morphology and texture of spheroi-dized natural and synthetic graphites. Carbon. 2017. V. 111. P. 764-773. DOI: 10.1016/j.carbon.2016.10.060.
Gallego N.C., Contescu C.I., Meyer III H.M., Howe J.Y., Meisner R.A., Payzant E.A., Lance M.J., Yoon S.Y., Denlinger M., Wood D.L. Advanced surface and microstruc-tural characterization of natural graphite anodes for lithium ion batteries. Carbon. 2014. V. 72. P. 393-401. DOI: 10.1016/j.carbon.2014.02.031.
Mauger A., Julien C. Surface modifications of electrode materials for lithium-ion batteries: status and trends. Ionics. 2014. V. 20. P. 751. DOI: 10.1007/s11581-014-1131-2.
Pan Q, Guo K, Wang L, Fang S. Novel modified graphite as anode material for lithium-ion batteries. J. Electrochem. Soc. 2002. V. 149. P. A1218–A1223. DOI: 10.1149/1.1499499.
Wang, C., Gai, G., Yang Y. Shape modification and size classification of microcrystalline graphite powder as anode material for Lithium-Ion Batteries. JOM. 2018. DOI: 10.1007/s11837-018-2784-5.
Wang X., Gai G.-S., Yang Y.-F., Shen W.-C. Preparation of natural microcrystalline graphite with high sphericity and narrow size distribution. Powder Technol. 2008. V. 181. P. 51-56. DOI: 10.1016/j.powtec.2007.06.025.
Byoung-hoon Ahn, Sung-Man Lee Preparation and charac-terization of spherical carbon composite for use as anode ma-terial for Lithium Ion Batteries. Bull. Korean Chem. Soc. 2010. V. 31. N 5. P. 1331. DOI: 10.5012/bkcs.2010.31.5.1331.
Hong-Li Zhang, Shu-He Liu, Feng Li, Shuo Bai, Chang Liu, Jun Tan, Hui-Ming Cheng Electrochemical perfor-mance of pyrolytic carbon-coated natural graphite spheres. Carbon. 2006. V. 44. P. 2212–2218. DOI: 10.1016/j.carbon.2006.02.037.
Liu Shu-He, Ying Zhe, Wang Zuo-Ming, Li Feng, Bai Shuo, Wen Lei, Cheng Hui-Ming Improving the electro-chemical properties of natural graphite spheres by coating with a pyrolytic carbon shell. New Carbon Materials. 2008. V. 23. N 1. P. 30–36. DOI: 10.1016/S1872-5805(08)60010-4.
Yoshio M., Wang H.Y., Fukuda K. Spherical carbon-coated natural graphite as a lithium-ion battery anode material. An-gew. Chem. Int. Ed. 2003. V. 42. P. 4203–4206. DOI: 10.1002/anie.200351203.
Yoshio M., Wang H., Fukuda K., et al. Improvement of natural graphite as a lithium-ion battery anode material, from raw flake to carbon-coated sphere. J. Mater. Chem. 2004. V. 14. P.1754-1758. DOI: 10.1039/B316702J.
Liu S.H., Zhao S.C. Effect of carbon-coating morphologies on the electrochemical performance of natural graphite spheres. Adv. Mater. Res. 2014. V. 875-877. P. 1590-1594. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.875-877.1590.
Zhou Y.F., Xie S., Chen C.H. Pyrolytic polyurea encapsu-lated natural graphite as anode material for lithium ion batter-ies. Electrochimica Acta. 2005. V. 50. I. 24. P. 4728-4735. DOI: 10.1016/j.electacta.2005.03.003.
Wu Y.P., Jiang C., Wan C. Anode materials for lithium ion batteries by oxidative treatment of common natural graphite. Solid State Ionics. 2003. V. 156. P. 283-290. DOI: 10.1016/S0167-2738(02)00680-X.
