鋰電池石墨負極材料的石墨化設(shè)備

鋰電池石墨負極材料的石墨化設(shè)備石墨負極材料作為鋰離子電池的關(guān)鍵材料，當前仍是負極材料的市場主流。其制備過程中，人造石墨負極材料的石墨化工藝是影響負極材料質(zhì)量的關(guān)鍵點也是技術(shù)難點，對負極材料的指標和成本影響最大，國內(nèi)石墨化設(shè)備種類多、能耗大、污染重、自動化程度低，一定程度上限制了石墨負極材料的發(fā)展，是目前負極材料生產(chǎn)過程中亟待解決的主要問題。石墨化工藝原理石墨化過程是充分利用電阻熱把炭質(zhì)材料加熱到2300~3000°C，使無定形亂層結(jié)構(gòu)的炭轉(zhuǎn)化成有序的石墨晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程。石墨晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化、原子重排的能量來源于高溫熱處理，隨著熱處理溫度的提高，石墨層間距逐漸變小，一般在0.343~0.346nm之間，一般溫度到2500C時變化顯著，到3000C時變化逐漸緩慢，直至完成整個石墨化過程。人造石墨負極材料正是通過石墨化高溫處理，將炭結(jié)構(gòu)成功轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)而具備了鋰電池負極的相應(yīng)功能。分子自組裝Jt棗中間啷分子自組裝Jt棗中間啷.舞司石墨化階態(tài)B 子排列方式斐化:石春化恤針狀焦石墨化過程結(jié)構(gòu)變化負極材料石墨化主流爐型及工藝目前負極材料石墨化過程采用的爐型主要有艾奇遜石墨化爐、內(nèi)串石墨化爐、箱式石墨化爐及連續(xù)式石墨化爐等4種，其中使用最為普遍的是艾奇遜石墨化爐，少量使用內(nèi)串石墨化爐。

四種石墨化工藝設(shè)備因各種爐型的裝爐方式和生產(chǎn)工藝、輔料使用等方面均具有較大差別，所以不同爐型所生產(chǎn)的負極材料質(zhì)量也存在明顯差異。01艾奇遜石墨化爐艾奇遜爐屬于直接加熱式電爐，直接加熱式爐就是制品本身是導電體，通過電阻加熱，從而使制品完成石墨化。將炭質(zhì)負極材料裝在單孔（1孔坩蝸）坩蝸內(nèi)，再將坩蝸裝入石墨化爐內(nèi)并間裝電阻料作電阻，兩側(cè)電極通電后由于電阻的作用發(fā)熱升溫，使炭質(zhì)材料經(jīng)高溫熱處理完成石墨化。但艾奇遜石墨化爐的本身能耗較高，只有30%的電能被用于制品石墨化，并且還伴隨著有害氣體的排放，需要昂貴的配套環(huán)保設(shè)施。石墨化過程消耗大量的輔料，有較高的成本壓力。02內(nèi)串石墨化爐內(nèi)串式石墨化爐是內(nèi)熱式串接石墨化爐，分為臥式內(nèi)串和立體內(nèi)串，串聯(lián)數(shù)根電極坩蝸（內(nèi)裝負極材料），電極坩蝸既是載體也是發(fā)熱體，電流通過電極坩蝸產(chǎn)生高溫，直接加熱內(nèi)部負極材料。內(nèi)串式石墨化工藝與艾奇遜石墨化工藝的主要區(qū)別是產(chǎn)品加熱直接通過電極本身，而不需要電阻材料發(fā)熱，這也是內(nèi)串式石墨化工藝較艾奇遜石墨化工藝改進的主要特點。由于內(nèi)串式石墨化工藝沒有填充料，因而可以減少熱量的帶出，即可減少熱量帶出10%，降低電耗20%~35%，但內(nèi)串式石墨化也有一定的缺點，如爐溫不及艾奇遜石墨化爐高。03箱式石墨化爐箱體石墨化爐主要由艾奇遜石墨化爐改進而來，將炭質(zhì)負材料直接裝入事先用炭板或石墨板安裝好的大箱體內(nèi)，再加上炭質(zhì)或石墨質(zhì)蓋板作為電阻，上部和兩側(cè)裝入保溫料后通過送電完成石墨化。這種在爐內(nèi)設(shè)置炭板箱體的方式，相當于坩蝸尺寸放大，利用箱體及物料發(fā)熱，可以大幅降低能耗，提高產(chǎn)能。目前箱體石墨化發(fā)展較快，技術(shù)也進一步成熟，工序可實現(xiàn)自動化，市場上已有部分新建。箱式爐與傳統(tǒng)石墨紺蝸裝料方式對比04連續(xù)石墨化爐連續(xù)石墨化爐其實不是一種特定的石墨化工藝爐，現(xiàn)有的連續(xù)石墨化爐有多種形式。所謂連續(xù)石墨化工藝是相對于間歇式石墨化工藝來講的，一般是指生產(chǎn)中沒有斷電的過程，石墨化的產(chǎn)品需要經(jīng)過一系列的溫區(qū)，從而實現(xiàn)連續(xù)石墨化。這是近年來發(fā)展的一種新技術(shù)，采用電阻或感應(yīng)加熱，最高溫度可達3000°C以上，可實現(xiàn)高溫下連續(xù)式進料和出料，減少了能源消耗，縮短生產(chǎn)周期，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境良好。目前連續(xù)式石墨化爐均為新建且仍在償試過程中，其爐型和工藝均不完全成熟，真正廣泛使用還有待時日。綜上所述，4種石墨化爐的主要優(yōu)缺點、能耗及產(chǎn)品性能對比如下:不同石墨化爐型優(yōu)缺點的對比爐型優(yōu)點底點艾奇講爐L：芝說熟，產(chǎn)倒大，笠全可瓦產(chǎn)M均質(zhì)性肝、操作荷單，同用廣活。能北珞，裝山爐［:藝復柴D內(nèi)朗爐工藝成熟.同期短,安全可軍、產(chǎn)詁品質(zhì)奸、適干鬲品航負擔材料生產(chǎn)々產(chǎn)垣依，「股n~22(/爐，甜堪成本國iwm元箱式爐產(chǎn)量臨，底度相對低口坐產(chǎn)由明長.?時40-55大拇敏性將.安全性決.迷墟式爐產(chǎn)量高，工藝耐單.能籍低，篇期血*爐劃.「芝尚不成總、產(chǎn)甘魅hrt差。不同石墨化爐工藝單耗及產(chǎn)品性能情況爐型艾奇遜爐內(nèi)即爐箱式爐U讀式電單輪值町成］1100^15000|{KXM)-125rK)75WR13CMKII比盲Wg岫353.fiS60.0353.1346.8首次燭新93994.593.493.1比表H積加榆1.92I.4U2.29L40石墨化度原94.20V5.N293J3總結(jié)石墨化工序是困擾鋰電池負極材料生產(chǎn)企業(yè)的最大難題，根本原因是目前廣泛采用的幾種周期性石墨化爐在電耗、成本、環(huán)保、自動化程度、安