Procesul de grafitizare a materialului anodic

2025-03-26

1 grafitizare

Procesul de grafitizare este un proces în care materialul carbonos este încălzit la 2300~3000 ℃, făcând uz de căldura de rezistență, astfel încât carbonul amorf cu structură de strat haotic este transformat în structura cristalină ordonată a cernelei de piatră. Energia transformării structurii cristaline de grafit și a rearanjării atomice provine din tratamentul termic la temperaturi ridicate. Odată cu creșterea temperaturii de tratament termic, distanța stratului de grafit scade treptat, în general între 0,343 nm și 0,346 nm. Schimbarea este semnificativă când temperatura atinge 2500 ℃ și încetinește treptat când temperatura ajunge la 3000 ℃, până când întregul proces de grafitizare este finalizat. Materialul anodic de grafit artificial este obținut prin tratament termic la temperaturi ridicate, structura de carbon fiind transformată cu succes în structură de grafit și având funcția corespunzătoare a anodului bateriei litiu.

2. Tipul principal de cuptor și procesul de grafitizare a materialului anodic

În prezent, tipurile de cuptoare utilizate în procesul de grafitizare a materialului anodic includ în principal cuptorul de grafitizare Acheson, cuptorul de grafitizare în serie internă, cuptorul de grafitizare de tip cutie și cuptorul de grafitizare continuu, dintre care cel mai utilizat este cuptorul de grafitizare Acheson, iar un număr mic de cuptoare de grafitizare în serie internă sunt utilizate. Cuptorul de grafitizare de tip cutie și cuptorul de grafitizare continuu sunt tipuri noi de cuptoare dezvoltate în ultimii ani. Cuptorul de grafitizare de tip cutie se dezvoltă rapid, în principal prin renovarea cuptorului Atchison și construcția parțială de noi. Cuptorul de grafitizare continuu este nou construit și încă în proces de testare, tipul și procesul său nu sunt complet mature, iar va dura ceva timp pentru a fi utilizat pe scară largă.

Cuptorul Atchison este destinat instalării materialului anodic de carbon în cuva cu un singur orificiu (cuva cu 1 orificiu), iar apoi cuva este introdusă în cuptorul de grafitizare și materialul de rezistență este instalat între rezistențe, iar cele două părți și capacul de sus sunt încărcate cu material izolant pentru a finaliza grafitizarea prin transmiterea electricității. Cuptorul de grafitizare în serie internă este destinat instalării materialului anodic de carbon în cuva poroasă (cuva cu 9 orificii), iar apoi cuva este conectată cap la cap în cuptorul de grafit prin modul de conectare în serie, iar cele două părți și capacul superior sunt încărcate cu materiale izolante pentru a finaliza grafitizarea prin transmiterea electricității. Cuptorul de grafitizare de tip cutie este destinat încărcării materialului negativ de carbon direct în cutia mare instalată anterior cu plăci de carbon sau plăci de grafit, și se adaugă o placă de acoperire din carbon sau grafit ca rezistență, partea superioară și cele două părți ale materialului de păstrare a căldurii fiind introduse în grafitizare prin transmiterea electricității. Cuptorul de grafitizare continuu este destinat adăugării continue a materialului anodic de carbon în camera cuptorului de grafitizare, după grafitizarea la temperaturi ridicate, se răcește și se descarcă.

3. Puncte tehnice cheie în diferitele procese de grafitizare a cuptoarelor

Procesul de prelucrare a materialelor anodice este împărțit în principal în două etape cheie, granulație și grafitizare, iar ambele au bariere tehnice ridicate. Materialele anodice prin grafitizare pot îmbunătăți semnificativ capacitatea specifică a materialelor anodice, primul efect, suprafața specifică, densitatea de compactare, conductivitatea, stabilitatea chimică, cum ar fi indicele de performanță, astfel că controlul și stăpânirea unei bune tehnologii de grafitizare reprezintă o abordare importantă pentru a garanta calitatea materialelor anodice, deoarece tehnologia cuptoarelor de tip cutie și a cuptoarelor de grafitizare continue nu este complet matură. Următoarele se concentrează pe cuptorul Acheson și pe punctele procesului cuptorului de grafitizare din seria internă.

3.1 Încărcarea cuptorului Acheson și a cuptorului din seria internă (crucible)

3.1.1 Colocarea volatilor în timpul încărcării cuptorului

Când temperatura din cuptorul de grafitizare crește la 200~1 000 ℃, o cantitate mare de volatili va fi eliberată din electroda negativă din cuptor. Dacă volatilii nu pot fi eliminați la timp, acest lucru poate duce la acumularea de volatili, ceea ce va provoca un accident de siguranță al cuptorului de pulverizare. Când o cantitate mare de volatili scapă, arderea volatilor nu este suficientă, va produce o cantitate mare de fum negru, rezultând în poluarea mediului sau accidente de mediu. Prin urmare, următoarele puncte ar trebui să fie luate în considerare atunci când se încarcă cuptorul:

(1) Atunci când se instalează cuptorul cu electroda negativă, este necesar să se efectueze o colocare rezonabilă în funcție de nivelul de conținut de volatili pentru a evita concentrarea excesivă și concentrarea părților cu volatili ridicați în procesul de transmitere a energiei;

(2) Ar trebui să fie setate orificii de aer adecvate pe partea superioară a materialului izolator pentru a permite o evadare eficientă;

(3) Atunci când se proiectează curba de alimentare cu energie, este necesar să se țină cont pe deplin de încetinirea curbei în mod corespunzător în etapa de descărcare concentrată a volatilor, astfel încât volatilii să poată fi descărcați lent și să ardă complet;

(4) Selecția rezonabilă a materialelor auxiliare, asigurând compoziția dimensiunii particulelor auxiliare, reducând cantitatea de pulbere de 0~1 mm în materialele auxiliare, care în general reprezintă mai puțin de 10%.

3.1.2 Rezistența cuptorului ar trebui să fie uniformă la încărcare

Când electroda negativă și materialul de rezistență nu sunt distribuite uniform în cuptor, curentul va curge din locul cu rezistență scăzută, iar fenomenul curentului de deviație va apărea, afectând efectul de grafitizare al întregii electrozi negative din cuptor. Prin urmare, următoarele puncte trebuie să fie luate în considerare atunci când se încarcă cuptorul:

(1) Atunci când se încarcă cuptorul, materialul de rezistență ar trebui să fie descărcat din capul camerei cuptorului până la linia lungă a cozii camerei cuptorului pentru a evita concentrarea particulelor mici sau mari;

(2) vechiul și noul crucible introduse în același cuptor trebuie de asemenea să fie colocate rezonabil, evitând fenomenul de a avea un crucible nou cu un strat și un crucible vechi cu un strat;

(3) Evitați materialul de rezistență expus în materialul peretelui lateral.

3.2 Furnal Acheson și alimentarea cu energie a cuptorului de serie intern

3.2.1 Baza pentru formularea curbei de putere a materialului anodic în timpul transmisiei de putere

Conform cerințelor diferite de calitate ale materialului catodic, acesta poate fi împărțit în material de temperatură joasă (2 800 ℃), material de temperatură medie (2 950 ℃), material de temperatură înaltă (3 000 ℃), dar procesul de tratament termic de grafitizare este, în general, între 2 250 ℃ și 3 000 ℃. Pentru a face ca toate pozițiile din cuptor să atingă temperatura necesară, este necesar să se mențină în procesul de temperatură înaltă pentru o perioadă de timp. Pentru a asigura uniformitatea temperaturii în cuptor, de obicei, din cauza diferitelor tipuri de cuptoare, este necesar să se mențină timp diferit; în general, temperatura înaltă se menține timp de 6~30 h, iar în procesul de transmisie a puterii, pentru a preveni revenirea rezistenței cuptorului, este necesar să se mențină timp de 3~6 h. Situația specifică trebuie explorată și formulată conform următoarelor puncte tehnice.

(1) Selectați diferite curbe de încălzire în funcție de nucleul cuptorului, materialul anodic, materialul de rezistență, cuva, cantitatea de încărcare a cuptorului etc.;

(2) Ar trebui selectate curbe diferite în funcție de volatilii materialelor anodice și materialelor de rezistență din cuptor. Dacă volatilii sunt ridicați, ar trebui selectată o curbă de încălzire mai lentă; în caz contrar, ar trebui selectată una mai rapidă;

(3) Când conținutul de cenușă al materialului anodic și al materialului de rezistență din cuptor este ridicat sau materialul anodic este relativ greu de grafitizat, timpul de transmisie a puterii ar trebui să fie prelungit corespunzător.

3.2.2 Procesul de transmisie a puterii materialului anodic pentru a preveni accidentele de injecție în cuptor

Pentru că materialul anodic este un material pulbere, conținutul de volatili este ridicat și nu este ușor de eliminat, este ușor să se producă arc și accidente în cuptor cauzate de conținutul ridicat de volatili. Procesul specific de operare ar trebui să acorde atenție următoarelor aspecte:

(1) Când materialul anodic este instalat în cuptorul Acheson, materialul de rezistență ar trebui să fie ridicat pentru a evita arcul cauzat de materialul de rezistență suspendat între cuvă în timpul transmisiei de putere;

(2) Schimbarea deplasării materialului negativ al cuptorului în serie intern este redusă în principal în procesul de transmisie a puterii. Prin urmare, când materialul negativ este instalat în cuptor, cursa cilindrului hidraulic ar trebui să fie calculată pentru a asigura că există o cursă și o presiune suficientă în procesul de transmisie a puterii, pentru a evita accidentul de stropire a cuptorului cauzat de pierderea presiunii;

(3) Ar trebui selectate particule grosiere și materiale cu volatili scăzuți pentru ambele tipuri de cuptoare;

(4) În procesul de transmisie a puterii, acordați o atenție deosebită dacă există încălzire localizată în cuptor;

(5) În procesul de transmisie a puterii, este necesar să se acorde o atenție deosebită dacă există fenomenul de foc încrucișat în partea superioară a cuptorului și în pereții cuptorului;

(6) În procesul de transmisie a puterii, este necesar să se acorde o atenție deosebită dacă există un zgomot scăzut în cuptor;

Este necesar să acordați o atenție deosebită dacă există o fluctuație mare a curentului în procesul de transmitere a energiei.

Dacă fenomenul (4)-(7) apare în procesul de transmitere a energiei, alimentarea ar trebui oprită la timp pentru a evita apariția unui accident de injecție în cuptor.

3.3 Răcirea și coacerea

(1) În procesul de răcire a grafitizării, materialul anodic nu poate fi forțat să se răcească prin udare, ci poate fi răcit natural prin prinderea materialului strat cu strat cu un dispozitiv de prindere sau de aspirație.

(2) Materialul anodic din cuptor la aproximativ 150 ℃ este cel mai bun, îndepărtarea timpurie a cuptorului, din cauza temperaturii ridicate, duce la oxidarea materialului anodic, suprafața specifică crește, ceea ce va duce, de asemenea, la creșterea costului deteriorării prin oxidare a cuptorului. Scoaterea cuptorului prea târziu va face, de asemenea, ca materialul pulberii catodice să fie oxidat, suprafața specifică crește, ciclul de producție devine mai lung și costul crește.

(3) La temperatura ridicată de grafitizare de 3000 ℃, toate elementele, cu excepția elementului C, sunt vaporizate și eliminate. Cu toate acestea, va exista totuși o cantitate mică de impurități în procesul de răcire, care se vor adsorbi pe suprafața catodului, iar suprafața cuptorului va forma un strat de cochilie dură și rugoasă, materialele cu cenușă ridicată și volatile ridicate formează un material de cochilie mai dur. Selecția excipientelor cu cenușă scăzută și volatile scăzute se bazează pe acest motiv.

(4) Materialul de cochilie dură are o diferență mare în indice și performanța materialului anodic calificat, așa că atunci când se scoate cuptorul, este necesar să se lovească în prealabil materialul de cochilie dură de 1~5 mm grosime pentru a fi stocat și păstrat separat, materialul calificat cu suprafață netedă este colectat normal, pus în sacul de ton pentru stocare și livrare către clienți.