锂电池石墨负极材料的石墨化设备.docx
锂电池石墨负极材料的石墨化设备石墨负极材料作为锂离子电池的关键材料，当前仍是负极材料的市场主流。 其制备过程中，人造石墨负极材料的石墨化工艺是影响负极材料质量的关键点也 是技术难点，对负极材料的指标和成本影响最大，国内石墨化设备种类多、能耗 大、污染重、自动化程度低，一定程度上限制了石墨负极材料的发展，是目前负 极材料生产过程中亟待解决的主要问题。石墨化工艺原理石墨化过程是充分利用电阻热把炭质材料加热到2300-3000oC,使无定形乱层结 构的炭转化成有序的石墨晶质结构的过程。石墨晶质结构的转化、原子重排的能 量来源于高温热处理，随着热处理温度的提高，石墨层间距逐渐变小，一般在 0.343-0.346nm之间，一般温度到250Oe时变化显著，到3000C时变化逐渐缓 慢，直至完成整个石墨化过程。人造石墨负极材料正是通过石墨化高温处理，将炭结构成功转化为石墨结构 而具备了锂电池负极的相应功能。技品 计状焦分子自组装石墨化过程结构变化负极材料石墨化主流炉型及工艺目前负极材料石墨化过程采用的炉型主要有艾奇逊石墨化炉、内串石墨化炉、 箱式石墨化炉及连续式石墨化炉等4种，其中使用最为普遍的是艾奇逊石墨化 炉，少量使用内串石墨化炉。石化工艺向"式石化内嬉率楼石化炉四种石墨化工艺设备因各种炉型的装炉方式和生产工艺、辅料使用等方面均具有较大差别，所以不同 炉型所生产的负极材料质量也存在明显差异。Ol艾奇逊石墨化炉艾奇逊炉属于直接加热式电炉，直接加热式炉就是制品本身是导电体，通过 电阻加热，从而使制品完成石墨化。将炭质负极材料装在单孔（1孔堵烟）地堪 内，再将用烟装入石墨化炉内并间装电阻料作电阻，两侧电极通电后由于电阻的 作用发热升温，使炭质材料经高温热处理完成石墨化。但艾奇逊石墨化炉的本身能耗较高，只有30%的电能被用于制品石墨化，并 且还伴随着有害气体的排放，需要昂贵的配套环保设施。石墨化过程消耗大量的 辅料，有较高的成本压力。02内串石墨化炉内串式石墨化炉是内热式串接石墨化炉，分为卧式内串和立体内串，串联数 根电极用烟（内装负极材料），电极用崩既是载体也是发热体，电流通过电极堀 期产生高温，直接加热内部负极材料。内串式石墨化工艺与艾奇逊石墨化工艺的 主要区别是产品加热直接通过电极本身，而不需要电阻材料发热，这也是内串式 石墨化工艺较艾奇逊石墨化工艺改进的主要特点。由于内串式石墨化工艺没有填充料，因而可以减少热量的带出，即可减少热 量带出10%,降低电耗20%35%,但内串式石墨化也有一定的缺点，如炉温不及艾奇逊石墨化炉高。03箱式石墨化炉箱体石墨化炉主要由艾奇逊石墨化炉改进而来，将炭质负材料直接装入事先 用炭板或石墨板安装好的大箱体内，再加上炭质或石墨质盖板作为电阻，上部和 两侧装入保温料后通过送电完成石墨化。这种在炉内设置炭板箱体的方式，相当于组崩尺寸放大，利用箱体及物料发 热，可以大幅降低能耗，提高产能。目前箱体石墨化发展较快，技术也进一步成 熟，工序可实现自动化，市场上已有部分新建。S 18:箱式学与传统石丛墙螭装料方式对比石化炉装炉平面图箱式炉与传统石墨绢蜗装料方式对比04连续石墨化炉连续石墨化炉其实不是一种特定的石墨化工艺炉，现有的连续石墨化炉有多 种形式。所谓连续石墨化工艺是相对于间歇式石墨化工艺来讲的，一般是指生产 中没有断电的过程,石墨化的产品需要经过一系列的温区，从而实现连续石墨化。 这是近年来发展的一种新技术，采用电阻或感应加热，最高温度可达300OC以 上，可实现高温下连续式进料和出料，减少了能源消耗，缩短生产周期，现场作 业环境良好。目前连续式石墨化炉均为新建且仍在偿试过程中，其炉型和工艺均不完全成熟，真正广泛使用还有待时日。综上所述，4种石墨化炉的主要优缺点、能耗及产品性能对比如下: 不同石墨化炉型优缺点的对比炉型优点缺点艾奇逊炉工艺成熟、产景大，安全可靠、产品均质性好、 操作简单、应用广泛。能耗高、装出炉工艺复杂。内串炉工艺成熟、周期短.安全可靠、产品品质好、适于 高品质负极材料生产。产量低,一般17-22 (/炉,卅堀成本高(90元/个)。箱式炉产!R高、能耗相对低。生产周期长.一般4055天、均质性差、安全性差。连续式炉产盘高、工艺简单、能耗低、周期短。炉型、工艺尚不成熟、产出质量经。不同石墨化炉工艺单耗及产品性能情况炉型艾奇ift炉内审炉箱式炉连续式电单耗/(kWh*Iloo(M 5000IOOOO-1257500-13060-70比容量/(mAhg)353.8360.0353.1346.8首次效率济93.994.593.493.1比表面枳/(m%01.921.402.291.40石品化度/%96.3894.2095.8293.73总结石墨化工序是困扰锂电池负极材料生产企业的最大难题，根本原因是目前广 泛采用的几种周期性石墨化炉在电耗、成本、环保、自动化程度、安全性等方面 还存在问题。未来行业的趋势是向着全自动化有组织排放连续性生产的炉型结构 发展，并配套成熟可靠的附属工艺设施。届时困扰企业的石墨化难题将会显著改 善，行业将进入稳定发展期，助推新能源相关产业快速发展。
