Processo de grafitização do material do ânodo

2025-03-26

1 grafitização

O processo de grafitização é um processo em que o material carbonáceo é aquecido a 2300~3000 ℃, utilizando totalmente o calor de resistência, de modo que o carbono amorfo com estrutura de camada caótica seja transformado na estrutura cristalina ordenada do grafite. A energia da transformação da estrutura cristalina do grafite e da rearrumação atômica vem do tratamento térmico de alta temperatura. Com o aumento da temperatura de tratamento térmico, o espaçamento das camadas de grafite diminui gradualmente, geralmente entre 0.343 nm e 0.346 nm. A mudança é significativa quando a temperatura atinge 2500 ℃, e desacelera gradualmente quando a temperatura chega a 3000 ℃, até que todo o processo de grafitização esteja concluído. O material do ânodo de grafite artificial passa por tratamento térmico de alta temperatura de grafitização, transformando com sucesso a estrutura de carbono na estrutura de grafite e possuindo a função correspondente de ânodo de bateria de lítio.

2. Principais tipos de forno e processo de grafitização do material do ânodo

No momento, os tipos de fornos utilizados no processo de grafitização do material do ânodo incluem principalmente forno de grafitização Acheson, forno de grafitização de série interna, forno de grafitização em caixa e forno de grafitização contínua, sendo o forno de grafitização Acheson o mais utilizado, com um pequeno número de fornos de grafitização de série interna em uso. O forno de grafitização em caixa e o forno de grafitização contínua são novos tipos de fornos desenvolvidos nos últimos anos. O forno de grafitização em caixa se desenvolve rapidamente, principalmente por meio da renovação do forno Atchison e da construção parcial nova. O forno de grafitização contínua é recém-construído e ainda está em fase de testes, seu tipo de forno e processo ainda não estão completamente maduros, e levará algum tempo para que seja amplamente utilizado.

O forno Atchison é projetado para instalar o material de ânodo de carbono em um crisol de orifício único (crisol de 1 orifício), e então o crisol é carregado no forno de grafitização e o material de resistência é instalado entre a resistência, e os dois lados e a tampa superior são carregados com material de isolamento para completar a grafitização por meio da transmissão de eletricidade. O forno de grafitização de série interna instala o material de ânodo de carbono em um crisol poroso (crisol de 9 orifícios), e então o crisol é conectado ponta a ponta no forno de grafite através do modo de conexão em série, e os dois lados e a tampa superior são carregados com materiais isolantes para completar a grafitização por meio da transmissão de eletricidade. O forno de grafitização em caixa carrega diretamente o material negativo de carbono em uma grande caixa instalada com placa de carbono ou placa de grafite previamente, e adiciona uma placa de cobertura de carbono ou grafite como resistência, envolvendo a parte superior e os dois lados com material de isolamento para realizar a grafitização por meio da transmissão de eletricidade. O forno de grafitização contínua adiciona continuamente material de ânodo de carbono na câmara do forno de grafitização, após a grafitização em alta temperatura, realiza o resfriamento e a descarga.

3. Pontos técnicos chave nos diferentes processos de fornos de grafitização

O processo de tratamento de materiais anódicos é principalmente dividido em dois links chave, granulação e grafitização, e ambos têm altas barreiras técnicas. Os materiais anódicos através da grafitização podem melhorar significativamente a capacidade específica dos materiais anódicos, o primeiro efeito, área de superfície específica, densidade de compactação, condutividade, estabilidade química, como índice de desempenho, portanto, controlar e dominar uma boa tecnologia de grafitização é uma abordagem importante para garantir a qualidade dos materiais anódicos, devido ao forno tipo caixa e tecnologia de forno de grafitização contínua não serem totalmente maduras. O seguinte foca nos pontos do processo do forno de Atchison e do forno de grafitização de série interna para introduzir.

3.1 Carga do forno de Acheson e do forno de série interna (cadinho)

3.1.1 Colocação de voláteis durante a carga do forno

Quando a temperatura no forno de grafitização sobe para 200~1 000 ℃, uma grande quantidade de voláteis será liberada do eletrodo negativo no forno. Se os voláteis não puderem ser liberados a tempo, pode ocorrer a acumulação de voláteis, o que poderá causar um acidente de segurança do forno de pulverização. Quando uma grande quantidade de voláteis escapa, a combustão dos voláteis não é suficiente, o que produzirá uma grande quantidade de fumaça negra, resultando em poluição ambiental ou acidentes ambientais. Portanto, os seguintes pontos devem ser observados ao carregar o forno:

(1) Ao instalar o eletrodo negativo do forno, é necessário realizar uma colocação razoável de acordo com o nível de conteúdo de voláteis para evitar concentração excessiva e concentração de partes de alto volátil no processo de transmissão de energia;

(2) Orifícios de ar apropriados devem ser colocados no topo do material isolante para permitir uma escapada eficaz;

(3) Ao projetar a curva de suprimento de energia, é necessário levar em conta plenamente desacelerar a curva de forma apropriada na fase de descarga concentrada de voláteis, para que os voláteis possam ser liberados lentamente e queimados completamente;

(4) Seleção razoável de materiais auxiliares, garantir a composição do tamanho das partículas auxiliares, reduzir a quantidade de pó de 0~1 mm nos materiais auxiliares, geralmente representando menos de 10%.

3.1.2 A resistência do forno deve ser uniforme ao carregar

Quando o material do eletrodo negativo e o material de resistência não estão distribuídos uniformemente no forno, a corrente fluirá do lugar com baixa resistência, e o fenômeno de corrente desviada ocorrerá, afetando o efeito de grafitização de todo o eletrodo negativo do forno. Portanto, os seguintes pontos precisam ser observados ao carregar o forno:

(1) Ao carregar o forno, o material de resistência deve ser descarregado da cabeça da câmara do forno para a linha longa da cauda da câmara do forno para evitar a concentração de pequenas ou grandes partículas;

(2) O cadinho antigo e o novo que entram no mesmo forno também precisam de uma colocação razoável, evitando o fenômeno de um novo cadinho com uma camada, e um cadinho antigo com uma camada;

(3) Evitar que o material de resistência fique exposto ao material da parede lateral.

3.2 Forno Acheson e fonte de alimentação do forno interno em série

3.2.1 Base para a formulação da curva de potência do material do ânodo durante a transmissão de potência

De acordo com os diferentes requisitos de qualidade do material catódico, ele pode ser dividido em material de baixa temperatura (2.800 ℃), material de temperatura média (2.950 ℃), material de alta temperatura (3.000 ℃), mas o processo de tratamento de grafitização de alta temperatura é geralmente entre 2.250 ℃ e 3.000 ℃, a fim de que todas as posições no forno atinjam a temperatura necessária, é necessário manter-se no processo de alta temperatura por um período de tempo. Para garantir a uniformidade da temperatura no forno, geralmente, devido ao diferente tipo de forno, é necessário manter tempos diferentes; em geral, a alta temperatura deve ser mantida por 6 a 30 h. No processo de transmissão de potência, para prevenir o rebote da resistência do forno, deve-se manter de 3 a 6 h. A situação específica precisa ser explorada e formulada de acordo com os seguintes pontos técnicos.

(1) Selecionar diferentes curvas de aquecimento de acordo com o núcleo do forno, material do ânodo, material de resistência, cadinho, quantidade de carga do forno, etc.;

(2) Diferentes curvas devem ser selecionadas de acordo com os voláteis dos materiais do ânodo e materiais de resistência no forno. Se os voláteis forem altos, deve-se selecionar uma curva de aquecimento mais lenta; caso contrário, deve-se selecionar uma mais rápida;

(3) Quando o teor de cinzas do material do ânodo e do material de resistência no forno for alto ou o material do ânodo for relativamente difícil de grafitizar, o tempo de transmissão de potência deve ser estendido de forma apropriada.

3.2.2 Processo de transmissão de potência do material do ânodo para prevenir acidentes de injeção no forno

Como o material do ânodo é um material em pó, o teor de voláteis é alto e não é fácil de descarregar, facilita a produção de arco e acidentes no forno causados pelo alto teor de voláteis, o processo operacional específico deve observar os seguintes aspectos:

(1) Quando o material do ânodo é instalado no forno Acheson, o material de resistência deve ser elevado para evitar o arco causado pelo material de resistência suspenso entre o cadinho durante a transmissão de potência;

(2) a alteração de deslocamento do material negativo do forno da série interna é reduzida principalmente no processo de transmissão de energia. Assim sendo, quando o material negativo é instalado no forno, o curso do cilindro hidráulico deve ser calculado para garantir que existe curso e pressão suficiente no processo de transmissão de energia, de modo a evitar o acidente do forno de pulverização a arco causado pela perda de pressão;

(3) Partículas grandes e materiais de baixa volatividade devem ser selecionados para ambos os tipos de forno;

(4) No processo de transmissão de potência, prestar atenção se há aquecimento local no forno;

(5) No processo de transmissão de potência, é necessário prestar atenção se há fenômeno de fogo cruzado no topo do forno e na parede do forno;

(6) No processo de transmissão de energia, é necessário prestar muita atenção se há um baixo ruído no forno;

(7) É necessário prestar muita atenção se há uma grande flutuação de corrente no processo de transmissão de energia.

Se o fenômeno (4)-(7) ocorrer no processo de transmissão de energia, a energia deve ser desligada a tempo para evitar a ocorrência de acidentes de injeção no forno.

3.3 Resfriamento e aquecimento

(1) No processo de resfriamento da grafitização, o material do ânodo não pode ser forçado a esfriar com água, mas pode ser resfriado naturalmente, agarrando o material camada por camada com um balde de pega ou dispositivo de sucção.

(2) O material do ânodo no cadinho a cerca de 150 ℃ é o ideal; a remoção precoce do cadinho, devido à alta temperatura, leva à oxidação do material do ânodo, aumenta a área de superfície específica e também resultará em aumento do custo de danos por oxidação do cadinho. Retirar o cadinho muito tarde também fará com que o material de pó do cátodo oxide, a área de superfície específica aumente, o ciclo de produção se torne mais longo e os custos aumentem.

(3) Sob a alta temperatura de grafitização a 3000 ℃, todos os elementos, exceto o elemento C, são vaporizados e despejados. No entanto, ainda haverá uma pequena quantidade de impurezas no processo de resfriamento adsorvidas na superfície do cátodo; a superfície do cadinho formará uma camada de casca dura áspera, com alta cinza e materiais voláteis altíssimos formando mais material de casca dura. A seleção de excipientes de baixa cinza e baixa volatividade é baseada nessa razão.

(4) O material de casca dura possui grande diferença no índice e nas performances do material do ânodo qualificado, portanto, ao retirar o cadinho, é necessário bater previamente 1~5 mm de material de casca dura para armazenamento separado. O material qualificado, com superfície lisa, é normalmente coletado, colocado em um saco ton para armazenamento e entrega aos clientes.