Процесс графитизации анодного материала

2025-03-26

1 графитизация

Процесс графитизации – это процесс, в котором углеродный материал нагревается до 2300~3000 ℃, используя тепло сопротивления, так чтобы аморфный углерод с хаотичной слоистой структурой был преобразован в упорядоченную структуру каменного чернила (графита). Энергия преобразования структуры графитового кристалла и пер rearrangement атомов поступает от термообработки при высокой температуре. С увеличением температуры термообработки расстояние между слоями графита постепенно уменьшается, обычно оно находится в пределах 0,343 нм и 0,346 нм. Изменения становятся значительными при достижении температуры 2500 ℃ и постепенно замедляются, когда температура достигает 3000 ℃, пока весь процесс графитизации не будет завершён. Искусственное графитовое анодное сырьё подвергается термообработке при высокой температуре, в результате чего углеродная структура успешно превращается в графитовую структуру и приобретает соответствующую функцию анода литиевой батареи.

2. Основной тип печи и процесс графитизации анодного материала

В настоящее время типы печей, используемые в процессе графитизации анодного материала, в основном включают графитизирующую печь Ачесона, внутреннюю серию графитизирующей печи, коробчатую графитизирующую печь и непрерывную графитизирующую печь, среди которых наиболее часто используется графитизирующая печь Ачесона, а небольшое количество печей с внутренней серией также используется. Коробчатая графитизирующая печь и непрерывная графитизирующая печь являются новыми типами печей, разработанными в последние годы. Коробчатая графитизирующая печь быстро развивается, в основном благодаря реконструкции печи Ачесона и частичному строительству новых. Непрерывная графитизирующая печь только строится и всё еще находится в процессе тестирования, её тип печи и процесс еще не полностью зрелые, и потребуется некоторое время для её широкого использования.

Печь Ачесона предназначена для установки углеродного анодного материала в одноразовый (1 отверстие тигель) тигель, затем тигель загружается в графитизирующую печь, и между сопротивлением устанавливается материал сопротивления, а с двух сторон и верхняя крышка загружаются изоляционным материалом для завершения графитизации через передачу электричества. Внутренняя графитизирующая печь предназначена для установки углеродного анодного материала в пористый тигель (9 отверстий тигель), затем тигель соединяется последовательно в графитной печи с помощью последовательного соединения, а с двух сторон и верхняя крышка загружаются изоляционными материалами для завершения графитизации через передачу электричества. Коробчатая графитизирующая печь предназначена для прямой загрузки углеродного анодного материала в большую коробку, заранее установленную с углеродной пластиной или графитной пластиной, и добавления углеродной или графитной крышки в качестве сопротивления, причем верхняя и обе стороны изоляционного материала вводятся в графитизацию через передачу электричества. Непрерывная графитизирующая печь предназначена для непрерывной загрузки углеродного анодного материала в камеру графитизирующей печи, а затем охлаждается и выгружается после высокотемпературной графитизации.

3. Ключевые технические моменты в различных процессах графитизации печи

Обработка анодных материалов в основном делится на два ключевых этапа: грануляцию и графитизацию, и оба из них имеют высокие технические барьеры. Анодные материалы, прошедшие графитизацию, могут значительно улучшить удельную емкость анодных материалов, в первую очередь, такие показатели, как удельная поверхность, плотность уплотнения, проводимость, химическая стабильность и другие. Поэтому контроль и владение хорошей технологией графитизации является важным подходом для обеспечения качества анодных материалов. Поскольку технологии печей типа ящик и непрерывной графитизации еще не полностью зрелы, далее сосредоточимся на печи Ачесона и процессе графитизации внутренней серии.

3.1 Загрузка печи Ачесона и печи внутренней серии (ковш)

3.1.1 Краткие перечисления летучих веществ при загрузке печи

Когда температура в печи графитизации поднимается до 200~1000 ℃, из отрицательного электрода в печи выделяется большое количество летучих веществ. Если летучие вещества не могут быть удалены вовремя, это может привести к их накоплению, что вызовет аварии в печи. Когда большое количество летучих веществ уходит, их соединение происходит недостаточно, в результате чего образуется много черного дыма, что приводит к загрязнению окружающей среды или экологическим авариям. Поэтому при загрузке печи следует обратить внимание на следующие моменты:

(1) При установке отрицательного электрода в печи необходимо провести разумное соотношение в соответствии с уровнем содержания летучих веществ, чтобы избежать чрезмерной концентрации и накопления частей с высоким содержанием летучих веществ в процессе передачи энергии;

(2) На верхней части теплоизоляционного материала следует установить соответствующие вентиляционные отверстия для эффективного вывода;

(3) При разработке кривой электропитания необходимо полностью учесть замедление кривой на стадии концентрированного выброса летучих веществ, чтобы летучие вещества могли медленно выводиться и полностью сгорать;

(4) Рациональный выбор вспомогательных материалов, обеспечение однородности размера частиц вспомогательных материалов, уменьшение количества порошка 0~1 мм в вспомогательных материалах, который обычно составляет менее 10%.

3.1.2 Сопротивление печи должно быть равномерным при загрузке

Когда отрицательный электроды и материал сопротивления неравномерно распределены в печи, ток будет течь из мест с низким сопротивлением, и возникнет явление смещения тока, что повлияет на эффективность графитизации всего отрицательного электрода печи. Поэтому при загрузке печи необходимо обратить внимание на следующие моменты:

(1) При загрузке печи материал сопротивления должен быть распределен от головной части камеры печи к хвостовой части длинной линии камеры печи, чтобы избежать концентрации мелких или крупных частиц;

(2) Старые и новые ковши, помещенные в одну и ту же печь также требуют разумного соотношения, чтобы избежать смешивания старых и новых ковшей по слоям;

(3) Избегайте материала сопротивления, который находится в контакте со стенкой.

3.2 Печь Ачесона и источник питания внутренней серии печи

3.2.1 Основания для формирования кривой мощности анодного материала во время передачи мощности

В зависимости от различных качественных требований к катодному материалу, его можно разделить на низкотемпературный материал (2 800 ℃), среднетемпературный материал (2 950 ℃), высокотемпературный материал (3 000 ℃), однако процесс графитизации при высокой температуре обычно осуществляется в диапазоне от 2 250 ℃ до 3 000 ℃. Для достижения необходимой температуры во всех позициях печи необходимо поддерживать это состояние в течение определенного времени при высокой температуре. Чтобы обеспечить однородность температуры в печи, обычно из-за различного типа печи требуется поддерживать различное время, обычно высокая температура поддерживается от 6 до 30 часов, в процессе передачи мощности для предотвращения отскока сопротивления печи нужно поддерживать 3-6 часов. Конкретная ситуация требует исследования и разработки в соответствии со следующими техническими аспектами.

(1) Выберите различные тепловые кривые в зависимости от сердцевины печи, анодного материала, материала сопротивления, графита, загрузки печи и т.д.;

(2) Разные кривые должны быть выбраны в зависимости от летучих веществ анодных материалов и материалов сопротивления в печи. Если летучие вещества высокие, следует выбрать более медленную кривую нагрева; в противном случае следует выбрать более быструю;

(3) Когда содержание золы в анодном материале и материале сопротивления в печи высокое или анодный материал относительно трудно поддается графитизации, время передачи мощности должно быть соответственно увеличено.

3.2.2 Процесс передачи мощности анодного материала для предотвращения аварий при впрыске в печь

Поскольку анодный материал является порошкообразным веществом, высоколетучим и трудным при отводе, что может вызвать дугу и аварии в печи из-за высокого содержания летучих веществ, в процессе конкретной операции следует обратить внимание на следующие моменты:

(1) При установке анодного материала в печь Ачесона, сопротивляющий материал должен быть подогрет, чтобы избежать дуги, вызванной подвешенным материалом сопротивления между графитом во время передачи мощности;

(2) Изменение перемещения отрицательного материала внутренней серии печи в основном уменьшается в процессе передачи мощности. Поэтому, когда отрицательный материал устанавливается в печи, необходимо рассчитать ход гидроцилиндра, чтобы обеспечить наличие хода и достаточного давления в процессе передачи мощности, чтобы избежать аварии, вызванной потерей давления;

(3) Необходимо выбирать крупные частицы и материалы с низким содержанием летучих веществ для обоих типов печей;

(4) В процессе передачи мощности внимательно следите за тем, есть ли локальный перегрев в печи;

(5) В процессе передачи мощности необходимо внимательно следить за тем, наблюдается ли явление перекрестного возгорания на верхней части печи и стенках.

(6) В процессе передачи энергии необходимо внимательно следить за тем, присутствует ли низкий гул в печи;

(7) Необходимо внимательно следить за тем, происходят ли большие колебания тока в процессе передачи энергии.

Если в процессе передачи энергии происходят явления (4)-(7), питание следует отключить вовремя, чтобы избежать аварий с инжекцией в печь.

3.3 Охлаждение и выпекание

(1) В процессе охлаждения графитизации нельзя принуждать анодный материал к охлаждению с помощью полива, но можно естественно охладить, захватывая материал слой за слоем с помощью захватного ковша или устройства всасывания.

(2) Анодный материал в тигле при температуре около 150 ℃ — это оптимальная температура, а раннее извлечение тигля, в связи с высокой температурой, может привести к окислению анодного материала, увеличению специфической поверхности, что также приведет к дополнительным расходам на повреждение от окисления тигля. Позднее извлечение тигля также приведет к окислению катодного порошкового материала, увеличению специфической поверхности, удлинению производственного цикла и увеличению расходов.

(3) При высокой температуре графитизации в 3000 ℃ все элементы, кроме углерода, испаряются и отводятся. Однако в процессе охлаждения все равно останется небольшое количество примесей, адсорбирующихся на поверхности катода, и на поверхности тигля будет образовываться слой грубой твердой оболочки, а материалы с высоким содержанием золы и летучих веществ образуют еще более жесткий оболочный материал. Выбор вспомогательных материалов с низким содержанием золы и летучих веществ основан на этой причине.

(4) Материал с твердой оболочкой имеет значительное отличие по показателям от квалифицированного анодного материала, поэтому при извлечении тигля необходимо предварительно отбить 1~5 мм толстый слой твердой оболочки для отдельного хранения, квалифицированный материал с гладкой поверхностью нормальным образом собирается, помещается в тонкий мешок для хранения и поставки клиентам.