Graphitisierungsprozess von Anodenmaterial

2025-03-26

1. Graphitisierung

Der Graphitisierungsprozess ist ein Prozess, bei dem das kohlenstoffhaltige Material durch vollständige Nutzung der Widerstandswärme auf 2300 ~ 3000 ℃ erhitzt wird, sodass der amorphe Kohlenstoff mit chaotischer Schichtstruktur in die geordnete Steinkohlenkristallstruktur umgewandelt wird. Die Energie der Transformation der Graphitkristallstruktur und der atomaren Umordnung stammt aus der Hochtemperatur-Wärmebehandlung. Mit steigender Temperatur der Wärmebehandlung verringert sich der Graphitschichtabstand allmählich und liegt im Allgemeinen zwischen 0,343 nm und 0,346 nm. Die Veränderung ist signifikant, wenn die Temperatur 2500 ℃ erreicht, und verlangsamt sich allmählich, wenn die Temperatur 3000 ℃ erreicht, bis der gesamte Graphitisierungsprozess abgeschlossen ist. Das künstliche Graphit-Anodenmaterial wird durch Graphitisierung bei Hochtemperatur behandelt, sodass die Kohlenstoffstruktur erfolgreich in die Graphitstruktur umgewandelt wird und die entsprechenden Funktionen einer Lithiumbatterie-Anode hat.

2. Hauptofenarten und -prozesse der Graphitisierung von Anodenmaterial

Derzeit umfassen die im Prozess der Graphitisierung von Anodenmaterial verwendeten Ofentypen hauptsächlich den Acheson-Graphitisierungsofen, den inneren Serien-Graphitisierungsofen, den Box-Graphitisierungsofen und den kontinuierlichen Graphitisierungsofen, wobei der am häufigsten verwendete der Acheson-Graphitisierungsofen ist und eine kleine Anzahl von inneren Serien-Graphitisieröfen eingesetzt wird. Der Box-Graphitisierungsofen und der kontinuierliche Graphitisierungsofen sind neuartige Ofentypen, die in den letzten Jahren entwickelt wurden. Der Box-Graphitisierungsofen entwickelt sich schnell, hauptsächlich durch Renovierungen und teilweise Neubauten des Acheson-Ofens. Der kontinuierliche Graphitisierungsofen ist neu gebaut und befindet sich noch im Testprozess; sein Ofentyp und Prozess sind noch nicht vollständig ausgereift, und es wird einige Zeit in Anspruch nehmen, bis er weit verbreitet eingesetzt wird.

Der Acheson-Ofen hat das kohlenstoffhaltige Anodenmaterial in den Einloch-(1-Loch-Keramik-)Tiegel installiert, und dann wird der Tiegel in den Graphitisierungsofen geladen, und das Widerstandsmaterial wird zwischen den Widerständen installiert, während die beiden Seiten und der obere Deckel mit Isoliermaterial ausgestattet sind, um die Graphitisierung durch Stromübertragung abzuschließen. Der innere Serien-Graphitisierungsofen installiert das kohlenstoffhaltige Anodenmaterial im porösen Tiegel (9-Loch-Tiegel), und dann wird der Tiegel end-to-end im Graphitofen durch die Serienverbindung verbunden, wobei die beiden Seiten und der obere Deckel mit Isoliermaterialien ausgestattet sind, um die Graphitisierung durch Stromübertragung abzuschließen. Der Box-Graphitisierungsofen lädt das kohlenstoffhaltige negative Material direkt in die große Box, die im Voraus mit Kohlenstoff- oder Graphitplatten ausgestattet ist, und fügt eine Kohlenstoff- oder Graphitabdeckung als Widerstand hinzu, während das obere und die beiden Seiten mit Wärmeschutzmaterial versehen sind, um die Graphitisierung durch Stromübertragung abzuschließen. Der kontinuierliche Graphitisierungsofen fügt kontinuierlich kohlenstoffhaltiges Anodenmaterial in die Kammer des Graphitisierungsofens hinzu, wonach eine Hochtemperatur-Graphitisierung und anschließendes Abkühlen mit Entladung erfolgt.

3. Wichtige technische Punkte im verschiedenen Graphitierungsofenprozess

Der Verarbeitungsprozess von Anodenmaterialien ist hauptsächlich in zwei Schlüsselphasen unterteilt, Granulation und Graphitierung, und beide weisen hohe technische Barrieren auf. Durch die Graphitierung können Anodenmaterialien die spezifische Kapazität erheblich verbessern, sowie die ersten Effekte, die spezifische Oberfläche, die Verdichtungsdichte, die Leitfähigkeit, die chemische Stabilität und andere Leistungsindizes. Daher ist die Kontrolle und Beherrschung einer guten Graphitierungstechnologie ein wichtiger Ansatz zur Sicherstellung der Qualität der Anodenmaterialien, da die Technologie des Boxofens und des kontinuierlichen Graphitierungsofens nicht vollständig ausgereift ist. Im Folgenden werden die Punkte des Acheson-Ofens und des innere Serie Graphitierungsofens näher vorgestellt.

3.1 Beladung des Acheson-Ofens und des innere Serie Ofens (Schmelztiegel)

3.1.1 Volatile Zusammenstellung während der Ofenbeladung

Wenn die Temperatur im Graphitierungsofen auf 200~1.000 ℃ ansteigt, werden eine große Menge an flüchtigen Stoffen aus der negativen Elektrode im Ofen freigesetzt. Wenn die flüchtigen Stoffe nicht rechtzeitig abgeführt werden können, kann es zur Ansammlung von flüchtigen Stoffen kommen, was zu Sicherheitsunfällen im Sprühofen führen kann. Wenn eine große Menge an flüchtigen Stoffen entweicht und die Verbrennung der flüchtigen Stoffe unzureichend ist, entstehen große Mengen an schwarzem Rauch, was zu Umweltverschmutzung oder Umweltunfällen führen kann. Daher sollten bei der Beladung des Ofens folgende Punkte beachtet werden:

(1) Bei der Installation des negativen Elektrodenofens sollte eine angemessene Zusammenstellung gemäß dem Gehalt flüchtiger Stoffe erfolgen, um eine übermäßige Konzentration und Ansammlung von Teilen mit hohem Volatilitätsgehalt während des Stromübertragungsprozesses zu vermeiden;

(2) Es sollten geeignete Lüftungsöffnungen oben auf dem Isoliermaterial angebracht werden, um eine effektive Abführung zu gewährleisten;

(3) Bei der Gestaltung der Stromversorgungskurve sollte der Kurvenverlauf in der konzentrierten Abgabestufe der flüchtigen Stoffe angemessen verlangsamt werden, damit die flüchtigen Stoffe langsam abgeführt und vollständig verbrannt werden können;

(4) Eine vernünftige Auswahl der Hilfsmaterialien, um die Zusammensetzung und Partikelgröße der Hilfsstoffe zu gewährleisten, und die Menge an 0~1 mm Pulver in den Hilfsmaterialien zu reduzieren, die im Allgemeinen weniger als 10% ausmacht.

3.1.2 Der Ofenwiderstand sollte bei der Beladung einheitlich sein

Wenn die negative Elektrode und das Widerstands-material nicht gleichmäßig im Ofen verteilt sind, fließt der Strom von dem Ort mit niedrigem Widerstand, und das Phänomen des verzerrten Stroms tritt auf, was den Graphitierungseffekt der negativen Elektrode des gesamten Ofens beeinträchtigt. Daher müssen bei der Beladung des Ofens folgende Punkte beachtet werden:

(1) Bei der Beladung des Ofens sollte das Widerstands-material vom Kopf der Brennkammer bis zur langen Linie am Ende der Brennkammer abgegeben werden, um eine Anhäufung von kleinen oder großen Partikeln zu vermeiden;

(2) Die alten und neuen Schmelztiegel, die in denselben Ofen gegeben werden, müssen ebenfalls vernünftig zusammengestellt werden, wobei das Verbot besteht, einen neuen Schmelztiegel mit einer Schicht und einen alten Schmelztiegel mit einer Schicht zu kombinieren;

(3) Vermeiden Sie das Widerstandsmaterial, das in das Material der Seitenwand eingebracht ist.

3.2 Acheson-Ofen und interne Serienofen-Stromversorgung

3.2.1 Grundlage für die Formulierung der Leistungskennlinie des Anodenmaterials während der Stromübertragung

Je nach den unterschiedlichen Qualitätsanforderungen des Kathodenmaterials kann es in Niedertemperaturmaterial (2 800 ℃), Mitteltemperaturmaterial (2 950 ℃), Hochtemperaturmaterial (3 000 ℃) unterteilt werden, jedoch liegt der graphitische Hochtemperaturbehandlungsprozess im Allgemeinen zwischen 2 250 ℃ und 3 000 ℃. Um sicherzustellen, dass alle Positionen im Ofen die erforderliche Temperatur erreichen, ist es notwendig, während des Hochtemperaturprozesses eine gewisse Zeit zu halten. Um die Temperaturgleichmäßigkeit im Ofen zu gewährleisten, ist es in der Regel aufgrund des unterschiedlichen Ofentyps notwendig, unterschiedliche Zeiten einzuhalten, wobei allgemeine Hochtemperaturhaltezeiten von 6 bis 30 Stunden empfohlen werden. Um das Widerstandsrebouning während der Stromübertragung zu verhindern, sollte eine Haltezeit von 3 bis 6 Stunden eingehalten werden. Die spezifischen Gegebenheiten müssen gemäß den folgenden technischen Punkten untersucht und formuliert werden.

(1) Wählen Sie unterschiedliche Heizkurven abhängig vom Ofenkern, Anodenmaterial, Widerstandsmaterial, Tiegel, Ofenbeladungsmenge usw.;

(2) Unterschiedliche Kurven sollten gemäß den flüchtigen Bestandteilen der Anoden- und Widerstandsmaterialien im Ofen ausgewählt werden. Wenn der Gehalt an Flüchtigen hoch ist, sollte eine langsamere Heizkurve gewählt werden; andernfalls sollte eine schnellere gewählt werden;

(3) Wenn der Aschegehalt des Anodenmaterials und des Widerstandsmaterials im Ofen hoch ist oder das Anodenmaterial relativ schwer zu graphitisieren ist, sollte die Stromübertragungszeit angemessen verlängert werden.

3.2.2 Stromübertragungsprozess des Anodenmaterials zur Vermeidung von Ofeneinspritzunfällen

Da das Anodenmaterial ein pulverförmiges Material ist, der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen hoch und die Abgabe schwierig ist, besteht die Gefahr von Lichtbögen und Unfällen aufgrund eines hohen flüchtigen Inhalts. Der spezifische Betriebsprozess sollte auf die folgenden Punkte achten:

(1) Wenn das Anodenmaterial im Acheson-Ofen installiert wird, sollte das Widerstandsmaterial aufgeheizt werden, um den Lichtbogen zu vermeiden, der durch schwebendes Widerstandsmaterial zwischen dem Tiegel während der Stromübertragung verursacht wird;

(2) Die Verlagerungsänderung des negativen Materials des inneren Serienofens wird hauptsächlich während der Stromübertragung reduziert. Daher sollte beim Einbau des negativen Materials im Ofen der Hub des Hydraulikzylinders berechnet werden, um sicherzustellen, dass während des Stromübertragungsprozesses genügend Hub und Druck vorhanden sind, um Unfälle durch Lichtbogenüberschlag aufgrund von Druckverlust zu vermeiden;

(3) Grobe Partikel und Materialien mit niedrigem flüchtigem Gehalt sollten für beide Ofentypen ausgewählt werden;

(4) Achten Sie während des Stromübertragungsprozesses genau darauf, ob es eine lokale Erwärmung im Ofen gibt;

(5) Achten Sie während des Stromübertragungsprozesses besonders darauf, ob am Ofenoberteil und der Ofenwand ein Querstromphänomen auftritt;

(6) Im Prozess der Leistungsübertragung ist es notwendig, genau darauf zu achten, ob ein leises Dröhnen im Ofen zu hören ist;

(7) Es ist notwendig, genau darauf zu achten, ob es während des Leistungsübertragungsprozesses große Schwankungen des Stroms gibt.

Wenn die Phänomene (4)-(7) im Prozess der Leistungsübertragung auftreten, sollte die Leistung rechtzeitig abgeschaltet werden, um das Auftreten eines Ofeneinspritzunfalls zu vermeiden.

3.3 Kühlung und Backen

(1) Im Prozess der Graphitisierungskühlung darf das Anodenmaterial nicht durch Bewässerung gezwungen abgekühlt werden, sondern kann natürlich abgekühlt werden, indem das Material schichtweise mit einem Greifer oder Absauggerät erfasst wird.

(2) Die Anodenmaterial-Schmelze sollte bei etwa 150 °C entfernt werden; eine zu frühe Entfernung der Schmelze kann aufgrund der hohen Temperatur zu einer Oxidation des Anodenmaterials führen, die spezifische Oberfläche erhöht sich, was auch zu höheren Kosten durch oxidative Schäden an der Schmelze führt. Eine zu späte Entnahme der Schmelze führt auch zur Oxidation des Kathodenpulvermaterials, die spezifische Oberfläche erhöht sich, der Produktionszyklus verlängert sich und die Kosten steigen.

(3) Unter den hochtemperatur Graphitisierungsbedingungen von 3000 °C werden alle Elemente außer dem Element C vaporisiert und abgeführt. Es wird jedoch weiterhin eine kleine Menge an Verunreinigungen im Kühlprozess geben, die sich an der Oberfläche der Kathode adsorbieren, die Oberfläche der Schmelze wird eine raue harte Schicht mit hohem Asche- und hohem flüchtigen Material bildenden harten Schale aufweisen. Die Auswahl von niedrigem Asche- und niedrigem flüchtigen Hilfsstoffen basiert auf diesem Grund.

(4) Das harte Schalenmaterial weist große Unterschiede im Index und in der Leistung des qualifizierten Anodenmaterials auf, daher ist es notwendig, beim Herausnehmen der Schmelze im Voraus 1-5 mm dickes hartes Schalenmaterial abzuschlagen und separat zu lagern; das qualifizierte Material mit glatter Oberfläche wird normal gesammelt und in den Big Bag zur Lagerung und Auslieferung an die Kunden abgelegt.