負(fù)極材料石墨化技術(shù)要點(diǎn)及改善方向

1、負(fù)極材料石墨化技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)及改進(jìn)方向探討蔣新良11/35新能源汽車(chē)行業(yè)增速快鋰電池市場(chǎng)需求大70%以上鋰電池負(fù)極需要進(jìn)行石墨化處理序言22/35時(shí)間溫度序言石墨化介紹：用熱能將不穩(wěn)定碳原子實(shí)現(xiàn)由亂層結(jié)構(gòu)向石墨晶體結(jié)構(gòu)有序轉(zhuǎn)化，原子重排及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變能量起源為高溫?zé)崽幚怼０殡S熱處理溫度提升，D002（石墨層間距）逐步變小，抵達(dá)2300時(shí)改變顯著，到3000時(shí)，改變趨向遲緩，直至完成整個(gè)石墨化過(guò)程。33/35序言當(dāng)前使用主流石墨化爐型為：艾奇遜爐；內(nèi)串爐；箱體爐44/35序言5三種爐子簡(jiǎn)單對(duì)比艾奇遜爐內(nèi)串爐箱體爐發(fā)燒原理電阻材料通電時(shí)發(fā)燒，影響坩堝，繼而將負(fù)極粉提升至3000串聯(lián)起坩堝通電時(shí)發(fā)燒，繼而將

2、負(fù)極粉提升至3000爐內(nèi)石墨箱體通電時(shí)產(chǎn)生熱量，加熱負(fù)極材料抵達(dá)3000優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用范圍廣產(chǎn)量大生產(chǎn)周期快耗能小耗電成本低缺點(diǎn)生產(chǎn)周期長(zhǎng)耗能高爐內(nèi)各點(diǎn)溫度不均勻產(chǎn)量低坩堝成本高加工物料品質(zhì)均一性較差5/35序言6負(fù)極材料在艾奇遜石墨爐加工時(shí)要注意什么？6/35目錄1. 序言2. 裝爐3. 送電4.冷卻出爐5.不足及改進(jìn)方向6.結(jié)束語(yǔ)77/35裝爐負(fù)極粉揮發(fā)分高低搭配82001000期間，爐內(nèi)產(chǎn)生大量外逸揮發(fā)分物質(zhì)。過(guò)分積壓會(huì)產(chǎn)生局部炸爐安全事故。揮發(fā)分大量逸出時(shí)燃燒不充分會(huì)產(chǎn)生大量黑色煙氣，帶來(lái)環(huán)境保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)。黑色煙氣8/35裝爐負(fù)極粉揮發(fā)分高低搭配9要求：負(fù)極粉入爐時(shí)按照揮發(fā)分高低進(jìn)行搭配，高揮發(fā)

3、分物料注意均勻分布，防止從部分區(qū)域集中逸出；送電早期在揮發(fā)份集中排放階段適度放緩，使揮發(fā)物質(zhì)遲緩排出充分燃燒。9/35裝爐選擇適當(dāng)尺寸坩堝10依據(jù)爐芯所能產(chǎn)生截面電流密度，合理選擇適合坩堝。坩堝尺寸過(guò)大，即爐芯截面過(guò)大，電流密度過(guò)小，輕易發(fā)生“小馬拉大車(chē)”品質(zhì)不良風(fēng)險(xiǎn)；10/35裝爐選擇適當(dāng)尺寸坩堝11依據(jù)爐芯所能產(chǎn)生截面電流密度，合理選擇適合坩堝。坩堝尺寸過(guò)小，即爐芯截面過(guò)小，電流密度過(guò)大，輕易發(fā)生“大馬拉小車(chē)”電能浪費(fèi)現(xiàn)象。11/35裝爐輔料選擇12灰分：要求1%，偏高易對(duì)負(fù)極以及出爐后輔料銷(xiāo)售產(chǎn)生負(fù)面影響，若輔料銷(xiāo)路穩(wěn)定，能夠低成本采購(gòu)高灰分輔料。揮發(fā)分：要求1%，若偏高易發(fā)生局部炸爐以

4、及產(chǎn)生黑色煙氣，若工藝設(shè)計(jì)送電前期遲緩，能夠考慮以低成本采購(gòu)揮發(fā)分較高輔料。硫分：低硫高硫選擇主要依據(jù)環(huán)境保護(hù)設(shè)施處理能力進(jìn)行選擇，須綜合考量。比電阻：艾奇遜爐需要一定比電阻通電后自發(fā)燒，選擇行業(yè)常規(guī)數(shù)值即可。12/35裝爐輔料選擇13輔料選擇上能夠調(diào)整空間很大，權(quán)衡輔料采購(gòu)與銷(xiāo)售情況，在確保環(huán)境保護(hù)要求前提下，制訂收益最大化方案！13/35裝爐防止?fàn)t內(nèi)偏流14理想電流走向是均勻，同向。爐內(nèi)負(fù)極與輔料分布不均勻時(shí)，電流會(huì)從電阻偏低地方流通，發(fā)生偏流現(xiàn)象，影響整爐石墨化效果。要求：裝輔料防止小顆?；虼箢w粒集中抱團(tuán)出現(xiàn)；物料返工時(shí)，忌與電流方向相同，應(yīng)采取與電流方向垂直方式入爐；新舊坩堝一同入爐時(shí)

5、也須采取與電流方向垂直方式，忌新坩堝裝下層同時(shí)舊坩堝裝上層。14/35裝爐裸燒塊料裝爐方式及位置15艾奇遜爐也可對(duì)塊料進(jìn)行裸燒，此法最大優(yōu)勢(shì)是能夠節(jié)約掉坩堝成本，是未來(lái)值得研究課題，含有極大收益空間。但塊料因?yàn)樾螤罡鳟?，堆積擺放方式也不一樣，給爐阻和爐溫帶來(lái)了不穩(wěn)定原因，所以艾奇遜爐需要注意裝塊料方式和位置（裝在高溫區(qū)）。粉料成本塊料成本15/35目錄1. 序言2. 裝爐3. 送電4.冷卻出爐5.不足及改進(jìn)方向6.結(jié)束語(yǔ)1616/35送電功率曲線選擇石墨化高溫處理有效階段僅在24003000之間，為使?fàn)t內(nèi)各個(gè)位置都到達(dá)3000，需要在高溫時(shí)保持一段時(shí)間，爐型不一樣參數(shù)不一樣，高溫時(shí)長(zhǎng)由10H3

6、0H不等。選擇什么樣石墨化功率曲線呢？17/35送電功率曲線選擇要求：依據(jù)爐內(nèi)主/輔料、坩堝不一樣選取不一樣升溫曲線；爐內(nèi)主/輔料揮發(fā)分較高時(shí)，選取較慢升溫曲線；爐內(nèi)主料/輔料灰分較高時(shí)，須延長(zhǎng)高功率時(shí)長(zhǎng)。高效快捷安全電能充分利用爐內(nèi)物料從室溫逐步升溫至石墨化溫度，且高溫區(qū)擴(kuò)散至全爐需要一定時(shí)間，怎樣讓送電功率曲線匹配這個(gè)升溫曲線，這是一個(gè)永恒行業(yè)研究方向。18/35送電送電期間親密關(guān)注爐子改變因?yàn)樨?fù)極材料粉狀特征，國(guó)內(nèi)近兩年發(fā)生多起較嚴(yán)重噴爐事故，所以在送電過(guò)程中須親密關(guān)注爐況：是否有局部過(guò)熱情況發(fā)生；是否爐壁爐頂有躥火；爐內(nèi)是否有低沉轟鳴聲。防患于未然，將噴爐事故火苗提早撲滅。19/35目

7、錄1. 序言2. 裝爐3. 送電4.冷卻出爐5.不足及改進(jìn)方向6.結(jié)束語(yǔ)2020/35冷卻出爐冷卻方式負(fù)極材料石墨化冷卻不能使用灑水方式進(jìn)行冷卻（但有時(shí)能夠噴物方式進(jìn)行冷卻），會(huì)產(chǎn)生針對(duì)主料品質(zhì)以及輔料綜合性負(fù)面影響，應(yīng)采取抓斗或負(fù)壓吸料系統(tǒng)，逐層抓開(kāi)進(jìn)行自然冷卻。21/35冷卻出爐冷卻方式要求冷卻時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)！依據(jù)對(duì)各種艾奇遜爐觀察，在相同生產(chǎn)效率前提下，大爐子產(chǎn)量高于小爐子，但小爐子壽命往往高于大爐子！大爐子裝爐量大單爐周期長(zhǎng)月產(chǎn)量較高但爐體壽命低小爐子裝爐量小單爐周期短月產(chǎn)量較低但爐體壽命高22/35冷卻出爐冷卻方式另外，冷卻時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)還有個(gè)考慮原因物料比表面積！比表比表當(dāng)前國(guó)內(nèi)外各大

8、客戶(hù)無(wú)一不關(guān)注物料比表面積指標(biāo)，依據(jù)多家石墨化企業(yè)比表數(shù)據(jù)追蹤，我們發(fā)覺(jué)一個(gè)規(guī)律：內(nèi)串爐生產(chǎn)物料比表普遍低于艾奇遜爐；艾奇遜爐小爐子生產(chǎn)物料比表普遍低于大爐子；同爐內(nèi)物料上層比表最小，下層最大。簡(jiǎn)而言之，料在爐內(nèi)時(shí)間越短，比表指標(biāo)越?。?3/35冷卻出爐出爐時(shí)機(jī)什么時(shí)機(jī)出坩堝最適當(dāng)？早出坩堝坩堝腐蝕主料氧化溫度過(guò)高成本上升比表增大晚出坩堝周期變長(zhǎng)主料氧化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)成本上升比表增大24/35冷卻出爐出爐時(shí)機(jī)什么時(shí)機(jī)出坩堝最適當(dāng)？每個(gè)廠家爐況以及生產(chǎn)參數(shù)不一樣，每家需自行探索怎樣在保本保質(zhì)保量前提下出爐。坩堝正常冷卻情況下露出2/3時(shí)再出爐，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，探索適合自己出爐時(shí)機(jī)。25/35冷卻出

9、爐表皮料處理石墨化過(guò)程中，雜質(zhì)經(jīng)【固態(tài)-液態(tài)-氣態(tài)】改變后逸出并排出，3000高溫能夠使自然界99.9%化合物化學(xué)鍵斷裂形成單質(zhì)元素，除C元素以外全部氣化排出。大部分雜質(zhì)會(huì)排出，但少許雜質(zhì)會(huì)在冷卻時(shí)吸附在主料表層，出爐時(shí)會(huì)形成一層粗糙表皮，高灰分和高揮發(fā)分物料形成表皮料更多。26/35冷卻出爐表皮料處理因?yàn)楸砥ち显谥笜?biāo)上與合格負(fù)極材料相差太大（粒度、振實(shí)、比表、形貌、成份等差異顯著），為確保負(fù)極材料品質(zhì)，可在出爐后出粉前，打掉15公分直至物料表面光滑，取出表皮料另行處理。27/35目錄1. 序言2. 裝爐3. 送電4.冷卻出爐5.不足及改進(jìn)方向6.結(jié)束語(yǔ)2828/35負(fù)極材料石墨化工藝不足及改

10、進(jìn)方向三種石墨化方式特點(diǎn)及不足：1、艾奇遜爐生產(chǎn)周期長(zhǎng)，冷卻慢，效率不高；2、艾奇遜爐平均每1噸主料需要約34噸輔料進(jìn)行生產(chǎn)，這些輔料多為煅后石油焦，出爐后作為增碳劑售出，另一部分返爐使用，然而增碳劑市場(chǎng)增量無(wú)法跟上鋰電池市場(chǎng)飛速發(fā)展，增碳劑市場(chǎng)趨于飽和時(shí)，輔料處理將變成一大難題；3、內(nèi)串爐生產(chǎn)周期短，電能利用率高，不過(guò)裝爐量小，坩堝成本高；29/35負(fù)極材料石墨化工藝不足及改進(jìn)方向三種石墨化方式特點(diǎn)及不足：4、箱體爐降低了坩堝使用成本，但存在石墨化品質(zhì)不均一 缺點(diǎn)，裝爐量增大時(shí)，這一缺點(diǎn)愈加突出；5、各類(lèi)爐子在生產(chǎn)時(shí)，因?yàn)闋t內(nèi)主/輔料灰分以及揮發(fā)分大量逸出，都面臨著環(huán)境保護(hù)和安全問(wèn)題。30/

11、35負(fù)極材料石墨化工藝不足及改進(jìn)方向改進(jìn)方向及提議：1、艾奇遜爐型設(shè)計(jì)盡可能扁平化，即保持爐芯橫截面積不變，橫向擴(kuò)大裝爐尺寸，將原3層改為2層，增加單層裝坩堝量，此舉目標(biāo)在于增加冷卻效率，延長(zhǎng)爐子壽命，控制加工物料比表指標(biāo)；2、尋求現(xiàn)行艾奇遜爐保溫材料更加好替換材料；3、內(nèi)串爐設(shè)計(jì)時(shí)盡可能大型化，在坩堝制作工藝上尋求突破，以期取得更大裝爐量以及更長(zhǎng)坩堝壽命，降低坩堝使用成本；31/35負(fù)極材料石墨化工藝不足及改進(jìn)方向改進(jìn)方向及提議：4、箱體爐兼具艾奇遜爐與內(nèi)串爐優(yōu)點(diǎn)又躲避了缺點(diǎn)，推薦箱體爐作為未來(lái)負(fù)極材料石墨化主要爐型，但須對(duì)其品質(zhì)不穩(wěn)定缺點(diǎn)加以關(guān)注并重點(diǎn)研究，提議爐型設(shè)計(jì)小型化，變壓器選取15000KVA17000KVA，尋求石墨化品質(zhì)與石墨化效率最正確契合點(diǎn)。5、針對(duì)以前提及安全環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，以及增加裝爐量，提議對(duì)石墨化物料進(jìn)行碳化預(yù)處理，但碳化工藝等細(xì)節(jié)須作為重點(diǎn)進(jìn)行研究。32/35目錄1. 序言2. 裝爐3. 送電4.冷卻出爐5.不足及改進(jìn)