Proceso de grafitización del material del ánodo

2025-03-26

1 grafitización

El proceso de grafitización es un proceso en el cual el material carbonoso se calienta a 2300~3 000 °C aprovechando al máximo el calor de resistencia, de manera que el carbono amorfo con estructura de capas caóticas se transforma en la estructura cristalina ordenada del grafito. La energía de transformación de la estructura cristalina del grafito y del rearrangemento atómico proviene del tratamiento térmico a alta temperatura. Con el aumento de la temperatura de tratamiento térmico, el espaciado de las capas de grafito disminuye gradualmente, generalmente entre 0.343 nm y 0.346 nm. El cambio es significativo cuando la temperatura alcanza los 2500 °C, y se ralentiza gradualmente cuando la temperatura alcanza los 3000 °C, hasta que se completa todo el proceso de grafitización. El material del ánodo de grafito artificial se obtiene a través de un tratamiento de alta temperatura de grafitización, transformando exitosamente la estructura de carbono en estructura de grafito y teniendo la función correspondiente del ánodo de la batería de litio.

2. Tipo de horno principal y proceso de grafitización del material del ánodo

En la actualidad, los tipos de horno utilizados en el proceso de grafitización del material del ánodo incluyen principalmente el horno de grafitización Acheson, horno de grafitización de serie interna, horno de grafitización tipo caja y horno de grafitización continua, de los cuales el más utilizado es el horno de grafitización Acheson, y se utiliza un pequeño número de hornos de grafitización de serie interna. El horno de grafitización tipo caja y el horno de grafitización continua son tipos de horno nuevos desarrollados en los últimos años. El horno de grafitización tipo caja se desarrolla rápidamente, principalmente a través de la renovación del horno Atchison y alguna construcción nueva. El horno de grafitización continua es de nueva construcción y aún se encuentra en proceso de prueba, su tipo de horno y proceso no están completamente maduros, y tomará tiempo para que se utilice ampliamente.

El horno Atchison consiste en instalar el material del ánodo de carbono en el crisol de un solo orificio (crisol de 1 orificio), y luego el crisol se carga en el horno de grafitización y se instala el material de resistencia entre la resistencia, y los dos lados y la tapa superior se cargan con material aislante para completar la grafitización a través de la transmisión eléctrica. El horno de grafitización de serie interna consiste en instalar el material del ánodo de carbono en el crisol poroso (crisol de 9 orificios), y luego el crisol se conecta de extremo a extremo en el horno de grafito a través del modo de conexión en serie, y los dos lados y la tapa superior se cargan con materiales aislantes para completar la grafitización a través de la transmisión eléctrica. El horno de grafitización tipo caja consiste en cargar el material negativo de carbono directamente en la gran caja instalada con placa de carbono o placa de grafito por adelantado, y agregar placa de cubierta de carbono o grafito como resistencia, la parte superior y ambos lados del material de preservación del calor entran en la grafitización a través de la transmisión eléctrica. El horno de grafitización continua consiste en agregar continuamente material del ánodo de carbono en la cámara de horno de grafitización, después de la grafitización a alta temperatura se enfría y se descarga.

3. Puntos técnicos clave en el proceso de diferentes hornos de grafitización

El proceso de procesamiento de materiales de ánodo se divide principalmente en dos enlaces clave, la granulación y la grafitización, y ambos tienen altas barreras técnicas. Los materiales de ánodo a través de la grafitización pueden mejorar significativamente la capacidad específica de los materiales de ánodo, el primer efecto, área de superficie específica, densidad de compactación, conductividad, estabilidad química, tales como índices de rendimiento, por lo que controlar y dominar bien la tecnología de grafitización es un enfoque importante para garantizar la calidad de los materiales de ánodo, debido a que la tecnología del horno de caja y el horno de grafitización continua no están completamente maduras. A continuación, se centra en los puntos del proceso del horno de Acheson y del horno de grafitización de serie interna para presentar.

3.1 Carga del horno de Acheson y horno de serie interna (crisol)

3.1.1 Colocación de volátiles durante la carga del horno

Cuando la temperatura en el horno de grafitización aumenta a 200~1,000 ℃, se liberarán grandes cantidades de volátiles desde el electrodo negativo en el horno. Si los volátiles no pueden ser expulsados a tiempo, puede llevar a la acumulación de volátiles, lo que provocará un accidente de seguridad en el horno de pulverización. Cuando una gran cantidad de volátiles escapan, la combustión de los volátiles no es suficiente, lo que producirá una gran cantidad de humo negro, resultando en contaminación ambiental o accidentes ambientales. Por lo tanto, los siguientes puntos deben tenerse en cuenta al cargar el horno:

(1) Al instalar el horno de electrodo negativo, es necesario llevar a cabo una colocación razonable según el nivel de contenido de volátiles para evitar concentraciones excesivas y la concentración de partes de alta volatilidad en el proceso de transmisión de potencia;

(2) Se deben establecer agujeros de aire apropiados en la parte superior del material aislante para facilitar una efectiva escapatoria;

(3) Al diseñar la curva de suministro de energía, es necesario tener en cuenta la desaceleración apropiada de la curva en la etapa de descarga concentrada de volátiles, para que los volátiles puedan ser expulsados lentamente y quemarse completamente;

(4) Selección razonable de materiales auxiliares, asegurando la composición del tamaño de partículas auxiliares, reduciendo la cantidad de polvo de 0~1 mm en los materiales auxiliares, que generalmente representa menos del 10%.

3.1.2 La resistencia del horno debe ser uniforme al cargar

Cuando el electrodo negativo y el material de resistencia no están distribuidos uniformemente en el horno, la corriente fluirá desde el lugar con baja resistencia, y se producirá el fenómeno de corriente sesgada, afectando el efecto de grafitización de todo el electrodo negativo del horno. Por lo tanto, los siguientes puntos deben tenerse en cuenta al cargar el horno:

(1) Al cargar el horno, el material de resistencia debe descargarse desde la cabeza de la cámara del horno hacia la línea larga del extremo trasero de la cámara del horno para evitar la concentración de partículas pequeñas o grandes;

(2) El crisol viejo y nuevo que ingresen en el mismo horno también necesitan una colocación razonable, evitando el fenómeno de un crisol nuevo con una capa y un crisol viejo con una capa;

(3) Evitar que el material de resistencia esté expuesto al material de la pared lateral.

3.2 Horno Acheson y suministro de energía interna del horno de serie

3.2.1 Base para la formulación de la curva de potencia del material del ánodo durante la transmisión de potencia

Según los diferentes requisitos de calidad del material del cátodo, se puede dividir en material de baja temperatura (2 800 ℃), material de temperatura media (2 950 ℃), material de alta temperatura (3 000 ℃), pero el proceso de tratamiento térmico a alta temperatura para grafitización generalmente está entre 2 250 ℃ y 3 000 ℃, para que todas las posiciones en el horno alcancen la temperatura requerida, es necesario mantener el proceso a alta temperatura durante un período de tiempo. Para asegurar la uniformidad de la temperatura en el horno, generalmente debido a diferentes tipos de hornos, se necesita mantener diferentes tiempos; en general, la alta temperatura se sostiene de 6 a 30 horas, en el proceso de transmisión de potencia para prevenir el rebote de resistencia en el horno es necesario mantener de 3 a 6 horas. La situación específica debe ser explorada y formulada de acuerdo con los siguientes puntos técnicos.

(1) Seleccionar diferentes curvas de calefacción de acuerdo con el núcleo del horno, el material del ánodo, el material de resistencia, el crisol, la cantidad de carga del horno, etc.;

(2) Se deben seleccionar diferentes curvas de acuerdo con los volátiles de los materiales de ánodo y de resistencia en el horno. Si los volátiles son altos, se debe seleccionar una curva de calefacción más lenta; de lo contrario, se debe seleccionar una más rápida;

(3) Cuando el contenido de cenizas del material del ánodo y del material de resistencia en el horno es alto o el material del ánodo es relativamente difícil de grafitizar, el tiempo de transmisión de potencia debe extenderse adecuadamente.

3.2.2 Proceso de transmisión de potencia del material del ánodo para prevenir accidentes de inyección en el horno

Debido a que el material del ánodo es un material en polvo, el contenido de volátiles es alto y no es fácil de descargar, lo que puede generar arcos y accidentes en el horno causados por el alto contenido de volátiles, el proceso operativo específico debe prestar atención a los siguientes asuntos:

(1) Cuando el material del ánodo se instala en el horno Acheson, se debe elevar el material de resistencia para evitar el arco causado por el material de resistencia suspendido entre el crisol durante la transmisión de potencia;

(2) El cambio de desplazamiento del material negativo del horno de serie interno se reduce principalmente en el proceso de transmisión de potencia. Por lo tanto, cuando el material negativo se instala en el horno, se debe calcular el recorrido del cilindro hidráulico para garantizar que haya un recorrido y suficiente presión en el proceso de transmisión de potencia, para evitar el accidente del arco y rociado del horno causado por la pérdida de presión;

(3) Se deben seleccionar partículas gruesas y materiales de bajo contenido de volátiles para ambos tipos de horno;

(4) En el proceso de transmisión de potencia, prestar atención cercana a si hay calentamiento local en el horno;

(5) En el proceso de transmisión de potencia, es necesario prestar atención cercana a si el techo del horno y la pared del horno tienen fenómenos de fuego cruzado;

(6) En el proceso de transmisión de energía, es necesario prestar mucha atención a si hay un bajo rugido en el horno;

(7) Es necesario prestar mucha atención a si hay una gran fluctuación de corriente en el proceso de transmisión de energía.

Si ocurren los fenómenos (4)-(7) en el proceso de transmisión de energía, la energía debe cortarse a tiempo para evitar la ocurrencia de un accidente de inyección en el horno.

3.3 Enfriamiento y horneado

(1) En el proceso de enfriamiento de grafitización, no se puede forzar el enfriamiento del material del ánodo mediante riego, sino que se puede enfriar naturalmente al agarrar el material capa por capa con un balde de agarre o un dispositivo de succión.

(2) El crisol del material del ánodo debe ser retirado a unos 150 ℃ como lo mejor; si se retira temprano, debido a la alta temperatura, puede provocar la oxidación del material del ánodo, aumentando el área superficial específica, lo que también llevará a un aumento en el costo por daño de oxidación del crisol. Sacar el crisol demasiado tarde también hará que el material en polvo del cátodo se oxide, lo que incrementa el área superficial específica, alargando el ciclo de producción y aumentando el costo.

(3) A altas temperaturas de grafitización de 3000 ℃, todos los elementos excepto el elemento C se vaporizarán y se descargarán. Sin embargo, aún habrá una pequeña cantidad de impurezas en el proceso de enfriamiento que se adsorben en la superficie del cátodo; la superficie del crisol formará una capa de concha dura y rugosa, los materiales con alto contenido de cenizas y volátiles formarán un material de concha más duro. La selección de excipientes de baja ceniza y bajo contenido volátil se basa en esta razón.

(4) El material de concha dura tiene una gran diferencia en el índice y rendimiento del material del ánodo calificado, por lo que al sacar el crisol, es necesario desprender previamente 1 a 5 mm de material de concha dura para almacenamiento y conservación por separado; el material calificado con superficie lisa se recoge normalmente, se coloca en una bolsa de tonelada para su almacenamiento y entrega a los clientes.