负极材料石墨化技术要点及改善方向

1、负极材料石墨化技术关键点及改进方向探讨蒋新良11/35新能源汽车行业增速快锂电池市场需求大70%以上锂电池负极需要进行石墨化处理序言22/35时间温度序言石墨化介绍：用热能将不稳定碳原子实现由乱层结构向石墨晶体结构有序转化，原子重排及结构转变能量起源为高温热处理。伴随热处理温度提升，D002（石墨层间距）逐步变小，抵达2300时改变显著，到3000时，改变趋向迟缓，直至完成整个石墨化过程。33/35序言当前使用主流石墨化炉型为：艾奇逊炉；内串炉；箱体炉44/35序言5三种炉子简单对比艾奇逊炉内串炉箱体炉发烧原理电阻材料通电时发烧，影响坩埚，继而将负极粉提升至3000串联起坩埚通电时发烧，继而将

2、负极粉提升至3000炉内石墨箱体通电时产生热量，加热负极材料抵达3000优点应用范围广产量大生产周期快耗能小耗电成本低缺点生产周期长耗能高炉内各点温度不均匀产量低坩埚成本高加工物料品质均一性较差5/35序言6负极材料在艾奇逊石墨炉加工时要注意什么？6/35目录1. 序言2. 装炉3. 送电4.冷却出炉5.不足及改进方向6.结束语77/35装炉负极粉挥发分高低搭配82001000期间，炉内产生大量外逸挥发分物质。过分积压会产生局部炸炉安全事故。挥发分大量逸出时燃烧不充分会产生大量黑色烟气，带来环境保护风险。黑色烟气8/35装炉负极粉挥发分高低搭配9要求：负极粉入炉时按照挥发分高低进行搭配，高挥发

3、分物料注意均匀分布，防止从部分区域集中逸出；送电早期在挥发份集中排放阶段适度放缓，使挥发物质迟缓排出充分燃烧。9/35装炉选择适当尺寸坩埚10依据炉芯所能产生截面电流密度，合理选择适合坩埚。坩埚尺寸过大，即炉芯截面过大，电流密度过小，轻易发生“小马拉大车”品质不良风险；10/35装炉选择适当尺寸坩埚11依据炉芯所能产生截面电流密度，合理选择适合坩埚。坩埚尺寸过小，即炉芯截面过小，电流密度过大，轻易发生“大马拉小车”电能浪费现象。11/35装炉辅料选择12灰分：要求1%，偏高易对负极以及出炉后辅料销售产生负面影响，若辅料销路稳定，能够低成本采购高灰分辅料。挥发分：要求1%，若偏高易发生局部炸炉以

4、及产生黑色烟气，若工艺设计送电前期迟缓，能够考虑以低成本采购挥发分较高辅料。硫分：低硫高硫选择主要依据环境保护设施处理能力进行选择，须综合考量。比电阻：艾奇逊炉需要一定比电阻通电后自发烧，选择行业常规数值即可。12/35装炉辅料选择13辅料选择上能够调整空间很大，权衡辅料采购与销售情况，在确保环境保护要求前提下，制订收益最大化方案！13/35装炉防止炉内偏流14理想电流走向是均匀，同向。炉内负极与辅料分布不均匀时，电流会从电阻偏低地方流通，发生偏流现象，影响整炉石墨化效果。要求：装辅料防止小颗粒或大颗粒集中抱团出现；物料返工时，忌与电流方向相同，应采取与电流方向垂直方式入炉；新旧坩埚一同入炉时

5、也须采取与电流方向垂直方式，忌新坩埚装下层同时旧坩埚装上层。14/35装炉裸烧块料装炉方式及位置15艾奇逊炉也可对块料进行裸烧，此法最大优势是能够节约掉坩埚成本，是未来值得研究课题，含有极大收益空间。但块料因为形状各异，堆积摆放方式也不一样，给炉阻和炉温带来了不稳定原因，所以艾奇逊炉需要注意装块料方式和位置（装在高温区）。粉料成本块料成本15/35目录1. 序言2. 装炉3. 送电4.冷却出炉5.不足及改进方向6.结束语1616/35送电功率曲线选择石墨化高温处理有效阶段仅在24003000之间，为使炉内各个位置都到达3000，需要在高温时保持一段时间，炉型不一样参数不一样，高温时长由10H3

6、0H不等。选择什么样石墨化功率曲线呢？17/35送电功率曲线选择要求：依据炉内主/辅料、坩埚不一样选取不一样升温曲线；炉内主/辅料挥发分较高时，选取较慢升温曲线；炉内主料/辅料灰分较高时，须延长高功率时长。高效快捷安全电能充分利用炉内物料从室温逐步升温至石墨化温度，且高温区扩散至全炉需要一定时间，怎样让送电功率曲线匹配这个升温曲线，这是一个永恒行业研究方向。18/35送电送电期间亲密关注炉子改变因为负极材料粉状特征，国内近两年发生多起较严重喷炉事故，所以在送电过程中须亲密关注炉况：是否有局部过热情况发生；是否炉壁炉顶有蹿火；炉内是否有低沉轰鸣声。防患于未然，将喷炉事故火苗提早扑灭。19/35目

7、录1. 序言2. 装炉3. 送电4.冷却出炉5.不足及改进方向6.结束语2020/35冷却出炉冷却方式负极材料石墨化冷却不能使用洒水方式进行冷却（但有时能够喷物方式进行冷却），会产生针对主料品质以及辅料综合性负面影响，应采取抓斗或负压吸料系统，逐层抓开进行自然冷却。21/35冷却出炉冷却方式要求冷却时间不宜过长！依据对各种艾奇逊炉观察，在相同生产效率前提下，大炉子产量高于小炉子，但小炉子寿命往往高于大炉子！大炉子装炉量大单炉周期长月产量较高但炉体寿命低小炉子装炉量小单炉周期短月产量较低但炉体寿命高22/35冷却出炉冷却方式另外，冷却时间不宜过长还有个考虑原因物料比表面积！比表比表当前国内外各大

8、客户无一不关注物料比表面积指标，依据多家石墨化企业比表数据追踪，我们发觉一个规律：内串炉生产物料比表普遍低于艾奇逊炉；艾奇逊炉小炉子生产物料比表普遍低于大炉子；同炉内物料上层比表最小，下层最大。简而言之，料在炉内时间越短，比表指标越小！23/35冷却出炉出炉时机什么时机出坩埚最适当？早出坩埚坩埚腐蚀主料氧化温度过高成本上升比表增大晚出坩埚周期变长主料氧化时间过长成本上升比表增大24/35冷却出炉出炉时机什么时机出坩埚最适当？每个厂家炉况以及生产参数不一样，每家需自行探索怎样在保本保质保量前提下出炉。坩埚正常冷却情况下露出2/3时再出炉，在此基础上进行调整，探索适合自己出炉时机。25/35冷却出

9、炉表皮料处理石墨化过程中，杂质经【固态-液态-气态】改变后逸出并排出，3000高温能够使自然界99.9%化合物化学键断裂形成单质元素，除C元素以外全部气化排出。大部分杂质会排出，但少许杂质会在冷却时吸附在主料表层，出炉时会形成一层粗糙表皮，高灰分和高挥发分物料形成表皮料更多。26/35冷却出炉表皮料处理因为表皮料在指标上与合格负极材料相差太大（粒度、振实、比表、形貌、成份等差异显著），为确保负极材料品质，可在出炉后出粉前，打掉15公分直至物料表面光滑，取出表皮料另行处理。27/35目录1. 序言2. 装炉3. 送电4.冷却出炉5.不足及改进方向6.结束语2828/35负极材料石墨化工艺不足及改

10、进方向三种石墨化方式特点及不足：1、艾奇逊炉生产周期长，冷却慢，效率不高；2、艾奇逊炉平均每1吨主料需要约34吨辅料进行生产，这些辅料多为煅后石油焦，出炉后作为增碳剂售出，另一部分返炉使用，然而增碳剂市场增量无法跟上锂电池市场飞速发展，增碳剂市场趋于饱和时，辅料处理将变成一大难题；3、内串炉生产周期短，电能利用率高，不过装炉量小，坩埚成本高；29/35负极材料石墨化工艺不足及改进方向三种石墨化方式特点及不足：4、箱体炉降低了坩埚使用成本，但存在石墨化品质不均一 缺点，装炉量增大时，这一缺点愈加突出；5、各类炉子在生产时，因为炉内主/辅料灰分以及挥发分大量逸出，都面临着环境保护和安全问题。30/

11、35负极材料石墨化工艺不足及改进方向改进方向及提议：1、艾奇逊炉型设计尽可能扁平化，即保持炉芯横截面积不变，横向扩大装炉尺寸，将原3层改为2层，增加单层装坩埚量，此举目标在于增加冷却效率，延长炉子寿命，控制加工物料比表指标；2、寻求现行艾奇逊炉保温材料更加好替换材料；3、内串炉设计时尽可能大型化，在坩埚制作工艺上寻求突破，以期取得更大装炉量以及更长坩埚寿命，降低坩埚使用成本；31/35负极材料石墨化工艺不足及改进方向改进方向及提议：4、箱体炉兼具艾奇逊炉与内串炉优点又躲避了缺点，推荐箱体炉作为未来负极材料石墨化主要炉型，但须对其品质不稳定缺点加以关注并重点研究，提议炉型设计小型化，变压器选取15000KVA17000KVA，寻求石墨化品质与石墨化效率最正确契合点。5、针对以前提及安全环境保护问题，以及增加装炉量，提议对石墨化物料进行碳化预处理，但碳化工艺等细节须作为重点进行研究。32/35目录1. 序言2. 装炉3. 送电4.冷却出炉5.不足及改进