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

When the temperature in the graphitization furnace rises to 200~1 000 ℃, a large number of volatiles will be discharged from the negative electrode in the furnace. If the volatiles cannot be discharged in time, it may lead to the accumulation of volatiles, which will cause the safety accident of the spraying furnace. When a large number of volatiles escape, volatiles combustion is not sufficient, will produce a large number of black smoke, resulting in environmental pollution or environmental accidents. Therefore, the following points should be paid attention to when loading the furnace:

(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

According to the different quality requirements of the cathode material, it can be divided into low temperature material (2 800 ℃), medium temperature material (2 950 ℃), high temperature material (3 000 ℃), but the graphitization high temperature treatment process is generally between 2 250 ℃ and 3 000 ℃, in order to make all positions in the furnace reach the required temperature, it is necessary to keep in the high temperature process for a period of time. In order to ensure the uniformity of temperature in the furnace, usually due to different furnace type, need to keep different time, general high temperature keep for 6~30 h, in the process of power transmission to prevent the furnace resistance rebound need to keep 3~6 h. The specific situation needs to be explored and formulated according to the following technical points.

(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.