Processus de graphitisation des matériaux d'anode

2025-03-26

1 graphitisation

Le processus de graphitisation est un processus dans lequel le matériau carboné est chauffé à 2300~3000 °C en utilisant pleinement la chaleur de résistance, afin que le carbone amorphe avec une structure de couche chaotique soit transformé en la structure cristalline de l'encre de pierre ordonnée. L'énergie de la transformation de la structure cristalline de graphite et du réarrangement atomique provient d'un traitement thermique à haute température. Avec l'augmentation de la température de traitement thermique, l'espacement des couches de graphite diminue progressivement, généralement entre 0,343 nm et 0,346 nm. Le changement est significatif lorsque la température atteint 2500 °C, et ralentit progressivement lorsque la température atteint 3000 °C, jusqu'à ce que l'ensemble du processus de graphitisation soit complet. Le matériau d'anode en graphite artificiel subit un traitement thermique à haute température de graphitisation, la structure carbonée étant transformée avec succès en structure de graphite et possédant la fonction correspondante de l'anode de batterie lithium.

2. Type de four principal et processus de graphitisation des matériaux d'anode

Actuellement, les types de fours utilisés dans le processus de graphitisation des matériaux d'anode incluent principalement le four de graphitisation Acheson, le four de graphitisation à série interne, le four de graphitisation de type boîte et le four de graphitisation continu, parmi lesquels le plus couramment utilisé est le four de graphitisation Acheson, et un nombre limité de fours de graphitisation à série interne est utilisé. Le four de graphitisation de type boîte et le four de graphitisation continu sont de nouveaux types de fours développés ces dernières années. Le four de graphitisation de type boîte se développe rapidement, principalement par la rénovation de fours Atchison et la construction partielle de nouveaux. Le four de graphitisation continu est nouvellement construit et est encore en phase de test, son type de four et son processus ne sont pas pleinement matures, et il faudra un certain temps avant qu'il soit largement utilisé.

Le four Atchison consiste à installer le matériau d'anode en carbone dans le creuset à un seul trou (creuset à 1 trou), puis le creuset est chargé dans le four de graphitisation et le matériau de résistance est installé entre la résistance, et les deux côtés et le couvercle supérieur sont chargés de matériau isolant pour compléter la graphitisation par transmission électrique. Le four de graphitisation à série interne consiste à installer le matériau d'anode en carbone dans le creuset poreux (creuset à 9 trous), puis le creuset est connecté bout à bout dans le four à graphite par le mode de connexion en série, et les deux côtés et le couvercle supérieur sont chargés de matériaux isolants pour compléter la graphitisation par transmission électrique. Le four de graphitisation de type boîte consiste à charger le matériau négatif en carbone directement dans la grande boîte installée avec une plaque de carbone ou de graphite à l'avance, et à ajouter une plaque de couverture en carbone ou en graphite comme résistance, le matériel de préservation de la chaleur étant incorporé par transmission électrique dans la graphitisation. Le four de graphitisation continu consiste à ajouter continuellement le matériau d'anode en carbone dans la chambre du four de graphitisation, après la graphitisation à haute température, le déchargement étant effectué après refroidissement.

3. Points techniques clés dans le processus de four de graphitisation

Le processus de traitement des matériaux d'anode se divise principalement en deux liens clés, la granulation et la graphitisation, chacun présentant de fortes barrières techniques. La graphitisation des matériaux d'anode peut améliorer considérablement la capacité spécifique de ces matériaux, ainsi que des indicateurs de performance tels que la surface spécifique, la densité de compactage, la conductivité, la stabilité chimique, etc. Par conséquent, contrôler et maîtriser une bonne technologie de graphitisation est une approche importante pour garantir la qualité des matériaux d'anode, car la technologie des fours à boîte et des fours à graphitisation continue n'est pas encore totalement mature. Ce qui suit se concentre sur le four d'Atchison et les points de processus du four de graphitisation en série interne.

3.1 Chargement du four d'Acheson et du four en série interne (creuset)

3.1.1 Coordination des volatiles lors du chargement du four

Lorsque la température dans le four de graphitisation monte à 200~1 000 ℃, une grande quantité de volatiles sera éliminée de l'électrode négative dans le four. Si les volatiles ne peuvent pas être éliminés à temps, cela peut entraîner une accumulation de volatiles, ce qui pourrait causer un accident de sécurité du four à pulvérisation. Lorsqu'une grande quantité de volatiles s'échappe, la combustion des volatiles n'est pas suffisante, ce qui produit une grande quantité de fumée noire, entraînant une pollution ou des accidents environnementaux. Par conséquent, les points suivants doivent être pris en compte lors du chargement du four :

(1) Lors de l'installation du four d'électrode négative, il est nécessaire de procéder à une coordination raisonnable en fonction du niveau de contenu en volatiles pour éviter une concentration excessive et une concentration de parties à forte volatilité durant le processus de transmission de puissance ;

(2) Des trous d'air appropriés doivent être disposés sur le dessus du matériel isolant pour permettre une échappée efficace ;

(3) Lors de la conception de la courbe d'alimentation, il est nécessaire de tenir pleinement compte du ralentissement approprié de la courbe durant la phase d'échappement concentré des volatiles, afin que les volatiles puissent s'échapper lentement et être entièrement brûlés ;

(4) Choisir des matériaux auxiliaires raisonnablement, assurer la composition de la taille des particules auxiliaires, réduire la quantité de poudre de 0~1 mm dans les matériaux auxiliaires, représentant généralement moins de 10 %.

3.1.2 La résistance du four doit être uniforme lors du chargement

Lorsque l'électrode négative et le matériau de résistance ne sont pas uniformément répartis dans le four, le courant circulera depuis les zones à faible résistance, provoquant un phénomène de courant biaisé, ce qui affectera l'effet de graphitisation de l'électrode négative dans son ensemble. Par conséquent, les points suivants doivent être pris en compte lors du chargement du four :

(1) Lors du chargement du four, le matériau de résistance doit être déchargé de la tête de la chambre du four vers la queue de la chambre du four en une ligne longue pour éviter une concentration de petites particules ou de grandes particules ;

(2) Les vieux et nouveaux creusets dans le même four doivent également être correctement coordonnés, en évitant le phénomène où un nouveau creuset est rempli par une couche et un ancien par une autre couche ;

(3) Évitez que le matériel de résistance soit exposé au matériau de la paroi latérale.

3.2 Alésage Acheson et alimentation électrique de la série interne de fours

3.2.1 Base pour la formulation de la courbe de puissance du matériau d'anode lors de la transmission de puissance

Selon les différentes exigences de qualité du matériau cathodique, il peut être divisé en matériau à basse température (2 800 ℃), matériau à température moyenne (2 950 ℃), matériau à haute température (3 000 ℃), mais le processus de traitement à haute température de graphitisation se situe généralement entre 2 250 ℃ et 3 000 ℃. Afin de faire atteindre à toutes les positions dans le four la température requise, il est nécessaire de rester dans le processus à haute température pendant un certain temps. Pour garantir l'uniformité de la température dans le four, en raison des différents types de four, il est généralement nécessaire de maintenir différents temps, généralement conserver une haute température pendant 6 à 30 h, dans le processus de transmission de puissance pour prévenir le rebond de la résistance du four, il faut maintenir 3 à 6 h. La situation spécifique doit être explorée et formulée en fonction des points techniques suivants.

(1) Sélectionner différentes courbes de chauffage selon le cœur du four, le matériau d'anode, le matériau de résistance, le creuset, la charge du four, etc.;

(2) Différentes courbes doivent être sélectionnées en fonction des volatils des matériaux d'anode et de résistance dans le four. Si les volatils sont élevés, une courbe de chauffage plus lente doit être sélectionnée ; sinon, une plus rapide doit être choisie ;

(3) Lorsque la teneur en cendres du matériau d'anode et du matériau de résistance dans le four est élevée ou que le matériau d'anode est relativement difficile à graphitiser, le temps de transmission de puissance doit être prolongé adéquatement.

3.2.2 Processus de transmission de puissance du matériau d'anode pour prévenir les accidents d'injection du four

Parce que le matériau d'anode est un matériau en poudre, la teneur en volatils est élevée et difficile à décharger, ce qui peut facilement produire un arc et des accidents du four causés par une forte teneur en volatils, le processus opérationnel spécifique doit prêter attention aux points suivants :

(1) Lors de l'installation du matériau d'anode dans le four Acheson, le matériau de résistance doit être rampé pour éviter l'arc causé par le matériau de résistance suspendu entre le creuset lors de la transmission de puissance ;

(2) Le changement de déplacement du matériau négatif du four à série interne est principalement réduit lors du processus de transmission de puissance. Par conséquent, lorsque le matériau négatif est installé dans le four, la course du cylindre hydraulique doit être calculée pour garantir qu'il y ait une course et une pression suffisante lors de la transmission de puissance, afin d'éviter un accident de projection d'arc du four causé par une perte de pression ;

(3) Des particules grossières et des matériaux à faible volatilité doivent être sélectionnés pour les deux types de four ;

(4) Dans le processus de transmission de puissance, prêtez une attention particulière à savoir s'il y a un chauffage local dans le four ;

(5) Dans le processus de transmission de puissance, il est nécessaire de prêter une attention particulière à savoir si le sommet du four et la paroi du four présentent un phénomène de feu croisé ;

(6) Dans le processus de transmission d'énergie, il est nécessaire de prêter une attention particulière à la présence d'un faible grondement dans le four ;

(7) Il est nécessaire de prêter une attention particulière à savoir s'il y a une grande fluctuation du courant dans le processus de transmission d'énergie.

Si le phénomène (4)-(7) se produit dans le processus de transmission d'énergie, l'alimentation doit être coupée à temps pour éviter la survenance d'un accident d'injection dans le four.

3.3 Refroidissement et cuisson

(1) Dans le processus de refroidissement par graphitisation, le matériau de l'anode ne peut pas être forcé de refroidir en arrosant, mais peut être refroidi naturellement en saisissant le matériau couche par couche avec une benne ou un dispositif d'aspiration.

(2) Le creuset du matériau de l'anode est à environ 150 ℃ pour le meilleur, un retrait précoce du creuset, en raison de la haute température, entraîne l'oxydation du matériau de l'anode, l'augmentation de la surface spécifique, ce qui conduit également à une augmentation du coût des dommages dus à l'oxydation du creuset. Retirer le creuset trop tard entraînera également l'oxydation du matériau de la poudre cathodique, l'augmentation de la surface spécifique, le cycle de production s'allonge et le coût augmente.

(3) Sous la haute température de graphitisation à 3000 ℃, tous les éléments sauf l'élément C sont vaporisés et évacués. Cependant, il y aura toujours une petite quantité d'impuretés lors du processus de refroidissement adsorbées à la surface de la cathode, et la surface du creuset formera une couche de coquille dure rugueuse, les matériaux à haute cendre et à haute volatilité formeront plus de matériaux de coquille dure. La sélection d'excipients à faible cendre et faible volatilité est basée sur cette raison.

(4) Le matériau de coquille dure dans l'indice et la différence de performance du matériau de l'anode qualifié est grande, donc lors du retrait du creuset, il est nécessaire de frapper 1 à 5 mm de matériau de coquille dure épaisse à l'avance pour un stockage et un rangement séparés, le matériau qualifié avec une surface lisse est normalement collecté, mis dans le sac de tonne pour le stockage et la livraison aux clients.