กระบวนการกราไฟต์ของวัสดุแอโนด

2025-03-26

1 การกราไฟต์

กระบวนการกราไฟต์เป็นกระบวนการที่วัสดุคาร์บอนถูกทำให้ร้อนถึง 2300~3000 ℃ โดยการใช้ความร้อนจากความต้านทานอย่างเต็มที่ เพื่อให้คาร์บอนที่ไม่มีรูปแบบที่มีโครงสร้างชั้นที่ยุ่งเหยิงเปลี่ยนเป็นโครงสร้างผลึกหินหมึกที่มีระเบียบ พลังงานของการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกกราไฟต์และการจัดเรียงอะตอมมาจากการบำบัดด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูง เมื่ออุณหภูมิการบำบัดด้วยความร้อนเพิ่มขึ้น ระยะห่างระหว่างชั้นกราไฟต์จะค่อยๆ ลดลง โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 0.343 นาโนเมตรถึง 0.346 นาโนเมตร การเปลี่ยนแปลงจะมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิถึง 2500 ℃ และจะค่อยๆ ช้าลงเมื่ออุณหภูมิถึง 3000 ℃ จนกระทั่งกระบวนการกราไฟต์ทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์ วัสดุแอโนดกราไฟต์เทียมผ่านการบำบัดด้วยความร้อนสูงในการกราไฟต์ โครงสร้างคาร์บอนถูกเปลี่ยนเป็นโครงสร้างกราไฟต์อย่างสำเร็จและมีฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องกับแอโนดของแบตเตอรี่ลิเธียม

2. ประเภทเตาหลักและกระบวนการกราไฟต์ของวัสดุแอโนด

ในปัจจุบัน ประเภทเตาที่ใช้ในกระบวนการกราไฟต์วัสดุแอโนดหลักๆ ได้แก่ เตากราไฟต์ Acheson, เตากราไฟต์แบบอนุกรมภายใน, เตากราไฟต์แบบกล่อง และเตากราไฟต์แบบต่อเนื่อง โดยที่เตากราไฟต์ Acheson เป็นที่นิยมใช้มากที่สุด และมีการใช้เตากราไฟต์แบบอนุกรมภายในในจำนวนที่น้อย เตากราไฟต์แบบกล่องและเตากราไฟต์แบบต่อเนื่องเป็นประเภทเตาใหม่ที่พัฒนาขึ้นในปีหลังๆ เตากราไฟต์แบบกล่องพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยหลักผ่านการปรับปรุงเตา Atchison และการก่อสร้างใหม่บางส่วน เตากราไฟต์แบบต่อเนื่องถูกสร้างขึ้นใหม่และยังอยู่ในกระบวนการทดสอบ ประเภทเตาและกระบวนการของมันยังไม่สมบูรณ์แบบ และจะใช้เวลาสักระยะหนึ่งก่อนที่จะถูกนำไปใช้ในวงกว้าง

เตา Atchison คือการติดตั้งวัสดุแอโนดคาร์บอนในเตาแบบหลุมเดียว (เตาหลุม 1 หลุม) จากนั้นเตาจะถูกโหลดเข้าไปในเตากราไฟต์และติดตั้งวัสดุต้านทานระหว่างความต้านทาน และด้านข้างและฝาครอบด้านบนจะถูกโหลดด้วยวัสดุฉนวนเพื่อทำการกราไฟต์ผ่านการส่งกระแสไฟฟ้า เตากราไฟต์แบบอนุกรมภายในคือการติดตั้งวัสดุแอโนดคาร์บอนในเตาหลุมพรุน (เตาหลุม 9 หลุม) จากนั้นเตาจะเชื่อมต่อกันแบบต่อเนื่องในเตากราไฟต์ผ่านโหมดการเชื่อมต่อแบบอนุกรม และด้านข้างและฝาครอบด้านบนจะถูกโหลดด้วยวัสดุฉนวนเพื่อทำการกราไฟต์ผ่านการส่งกระแสไฟฟ้า เตากราไฟต์แบบกล่องคือการโหลดวัสดุแอโนดคาร์บอนโดยตรงลงในกล่องขนาดใหญ่ที่ติดตั้งด้วยแผ่นคาร์บอนหรือแผ่นกราไฟต์ล่วงหน้า และเพิ่มแผ่นปิดคาร์บอนหรือกราไฟต์เป็นความต้านทาน ด้านบนและด้านข้างทั้งสองของวัสดุเก็บความร้อนเข้าสู่กระบวนการกราไฟต์ผ่านการส่งกระแสไฟฟ้า เตากราไฟต์แบบต่อเนื่องคือการเพิ่มวัสดุแอโนดคาร์บอนอย่างต่อเนื่องเข้าไปในห้องเตากราไฟต์ หลังจากการกราไฟต์ที่อุณหภูมิสูงจะมีการระบายความร้อนและปล่อยออก

3. จุดเทคนิคหลักในกระบวนการเตาเผากราฟิตต่างๆ

กระบวนการผลิตวัสดุแอโนดแบ่งออกเป็นสองลิงก์หลักคือ การทำให้เป็นเม็ดและการกราฟิต และทั้งสองมีอุปสรรคทางเทคนิคสูง วัสดุแอโนดที่ผ่านการกราฟิตสามารถปรับปรุงความจุเฉพาะของวัสดุแอโนดได้อย่างมีนัยสำคัญ ผลกระทบแรกคือ พื้นที่ผิวเฉพาะ ความหนาแน่นการบีบอัด ความนำไฟฟ้า ความเสถียรทางเคมี เช่น ดัชนีประสิทธิภาพ ดังนั้นการควบคุมและเชี่ยวชาญเทคโนโลยีการกราฟิตจึงเป็นวิธีที่สำคัญในการรับประกันคุณภาพของวัสดุแอโนด เนื่องจากเทคโนโลยีเตาเผาประเภทกล่องและเตาเผากราฟิตแบบต่อเนื่องยังไม่สมบูรณ์แบบ ดังนั้นจึงมุ่งเน้นไปที่จุดกระบวนการเตาเผา Atchison และเตาเผากราฟิตแบบภายใน

3.1 การโหลดเตาเผา Acheson และเตาเผาแบบภายใน (หม้อ)

3.1.1 การจัดสรรสารระเหยระหว่างการโหลดเตา

เมื่ออุณหภูมิในเตาเผากราฟิตเพิ่มขึ้นถึง 200~1,000 ℃ สารระเหยจำนวนมากจะถูกปล่อยออกจากขั้วลบในเตา หากไม่สามารถปล่อยสารระเหยได้ทันเวลา อาจทำให้เกิดการสะสมของสารระเหย ซึ่งจะทำให้เกิดอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยของเตาเผา เมื่อสารระเหยจำนวนมากหลบหนี การเผาไหม้ของสารระเหยจะไม่เพียงพอ จะผลิตควันดำจำนวนมาก ส่งผลให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมหรืออุบัติเหตุด้านสิ่งแวดล้อม ดังนั้นควรให้ความสนใจกับประเด็นต่อไปนี้เมื่อโหลดเตา:

(1) เมื่อทำการติดตั้งเตาขั้วลบ จำเป็นต้องมีการจัดสรรอย่างเหมาะสมตามระดับเนื้อหาสารระเหยเพื่อหลีกเลี่ยงการรวมตัวของสารระเหยที่มีความเข้มข้นสูงในกระบวนการส่งพลังงาน;

(2) ควรกำหนดรูอากาศที่เหมาะสมบนยอดวัสดุฉนวนเพื่อให้สามารถหลบหนีได้อย่างมีประสิทธิภาพ;

(3) เมื่อออกแบบเส้นโค้งการจ่ายไฟ จำเป็นต้องคำนึงถึงการชะลอเส้นโค้งในระยะการปล่อยสารระเหยที่เข้มข้น เพื่อให้สารระเหยสามารถถูกปล่อยออกมาอย่างช้าๆ และเผาไหม้อย่างเต็มที่;

(4) การเลือกวัสดุเสริมอย่างเหมาะสม เพื่อให้แน่ใจว่าส่วนประกอบของขนาดอนุภาคเสริม ลดปริมาณผงขนาด 0~1 มม. ในวัสดุเสริม โดยทั่วไปจะต้องไม่เกิน 10%

3.1.2 ความต้านทานของเตาควรมีความสม่ำเสมอเมื่อโหลด

เมื่อขั้วลบและวัสดุต้านทานไม่ได้กระจายอย่างสม่ำเสมอในเตา กระแสไฟจะไหลจากจุดที่มีความต้านทานต่ำ และจะเกิดปรากฏการณ์กระแสไฟเบี่ยงเบน ส่งผลกระทบต่อผลของการกราฟิตของขั้วลบในเตาทั้งหมด ดังนั้นจึงต้องให้ความสนใจกับประเด็นต่อไปนี้เมื่อโหลดเตา:

(1) เมื่อโหลดเตา วัสดุต้านทานควรถูกปล่อยจากหัวของห้องเตาไปยังหางของห้องเตาในแนวยาวเพื่อหลีกเลี่ยงการรวมตัวของอนุภาคขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่;

(2) การนำหม้อเก่าและใหม่เข้าไปในเตาเดียวกันก็ต้องมีการจัดสรรอย่างเหมาะสม ห้ามไม่ให้หม้อใหม่มีชั้นเดียวกับหม้อเก่า

(3) หลีกเลี่ยงการสัมผัสวัสดุที่ต้านทานกับวัสดุผนังด้านข้าง.

3.2 เตา Acheson และแหล่งจ่ายไฟเตาภายในชุด

3.2.1 ฐานสำหรับการสร้างกราฟพลังงานของวัสดุแอโนดในระหว่างการส่งพลังงาน

ตามความต้องการคุณภาพที่แตกต่างกันของวัสดุแคโทด สามารถแบ่งออกเป็นวัสดุอุณหภูมิต่ำ (2 800 ℃), วัสดุอุณหภูมิกลาง (2 950 ℃), วัสดุอุณหภูมิสูง (3 000 ℃) แต่กระบวนการบำบัดอุณหภูมิสูงในการกราไฟต์ทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 2 250 ℃ ถึง 3 000 ℃ เพื่อให้ตำแหน่งทั้งหมดในเตาไปถึงอุณหภูมิที่ต้องการ จำเป็นต้องรักษาในกระบวนการอุณหภูมิสูงเป็นระยะเวลาหนึ่ง เพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิในเตาเป็นไปอย่างสม่ำเสมอ โดยทั่วไปแล้วเนื่องจากประเภทเตาที่แตกต่างกัน จำเป็นต้องรักษาเวลาแตกต่างกัน โดยทั่วไปอุณหภูมิสูงจะต้องรักษาไว้เป็นเวลา 6~30 ชั่วโมง ในกระบวนการส่งพลังงานเพื่อป้องกันการกระโดดของความต้านทานในเตา จำเป็นต้องรักษาไว้ 3~6 ชั่วโมง สถานการณ์เฉพาะต้องสำรวจและกำหนดตามจุดเทคนิคต่อไปนี้.

(1) เลือกเส้นโค้งการให้ความร้อนที่แตกต่างกันตามแกนเตา, วัสดุแอโนด, วัสดุต้านทาน, หม้อหลอม, ปริมาณการโหลดเตา ฯลฯ ;

(2) ควรเลือกเส้นโค้งที่แตกต่างกันตามสารระเหยของวัสดุแอโนดและวัสดุต้านทานในเตา หากสารระเหยสูง ควรเลือกเส้นโค้งการให้ความร้อนที่ช้ากว่า; มิฉะนั้นควรเลือกเส้นโค้งที่เร็วกว่า;

(3) เมื่อปริมาณเถ้าของวัสดุแอโนดและวัสดุต้านทานในเตาสูงหรือวัสดุแอโนดมีความยากในการกราไฟต์ ควรขยายระยะเวลาการส่งพลังงานอย่างเหมาะสม.

3.2.2 กระบวนการส่งพลังงานวัสดุแอโนดเพื่อป้องกันอุบัติเหตุการฉีดในเตา

เนื่องจากวัสดุแอโนดเป็นวัสดุผง มีสารระเหยสูงและไม่ง่ายต่อการปล่อย ทำให้เกิดอาร์คและอุบัติเหตุในเตาเนื่องจากสารระเหยสูง กระบวนการปฏิบัติงานเฉพาะควรให้ความสนใจกับเรื่องต่อไปนี้:

(1) เมื่อวัสดุแอโนดถูกติดตั้งในเตา Acheson วัสดุต้านทานควรได้รับการปรับขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงอาร์คที่เกิดจากวัสดุต้านทานที่แขวนอยู่ระหว่างหม้อหลอมในระหว่างการส่งพลังงาน;

(2) การเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของวัสดุเชิงลบในเตาภายในชุดจะลดลงในกระบวนการส่งพลังงาน ดังนั้นเมื่อวัสดุเชิงลบถูกติดตั้งในเตา ควรคำนวณการเดินทางของกระบอกไฮดรอลิกเพื่อให้แน่ใจว่ามีการเดินทางและแรงดันเพียงพอในกระบวนการส่งพลังงาน เพื่อหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุการฉีดอาร์คในเตาที่เกิดจากการสูญเสียแรงดัน;

(3) ควรเลือกอนุภาคหยาบและวัสดุที่มีสารระเหยต่ำสำหรับทั้งสองประเภทเตา;

(4) ในกระบวนการส่งพลังงาน ควรให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดว่ามีการให้ความร้อนในท้องถิ่นในเตาหรือไม่;

(5) ในกระบวนการส่งพลังงาน จำเป็นต้องให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดว่ามีปรากฏการณ์ไฟข้ามที่ด้านบนของเตาและผนังเตาหรือไม่;

(6) ในกระบวนการส่งพลังงาน จำเป็นต้องใส่ใจอย่างใกล้ชิดว่ามีเสียงคำรามต่ำในเตาหรือไม่;

(7) จำเป็นต้องให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดว่ามีการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าอย่างมากในกระบวนการส่งพลังงานหรือไม่

หากปรากฏการณ์ (4)-(7) เกิดขึ้นในกระบวนการส่งกำลัง ควรตัดไฟทันทีเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดอุบัติเหตุการฉีดในเตา

3.3 การทำความเย็นและการอบ

(1) ในกระบวนการทำความเย็นกราไฟต์ วัสดุแอโนดไม่สามารถบังคับให้เย็นโดยการรดน้ำได้ แต่สามารถทำให้เย็นตามธรรมชาติได้โดยการจับวัสดุทีละชั้นด้วยถังจับหรืออุปกรณ์ดูด

(2) หม้อแอโนดวัสดุประมาณ 150 ℃ เป็นจุดที่ดีที่สุด การนำหม้อออกในช่วงต้น เนื่องจากอุณหภูมิสูง ทำให้เกิดการออกซิเดชันของวัสดุแอโนด พื้นที่ผิวเฉพาะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้ต้นทุนของความเสียหายจากการออกซิเดชันของหม้อเพิ่มขึ้น การนำหม้อออกช้าเกินไปจะทำให้วัสดุผงแคโทดเกิดการออกซิเดชัน พื้นที่ผิวเฉพาะเพิ่มขึ้น ระยะเวลาการผลิตยาวนานขึ้นและต้นทุนเพิ่มขึ้น

(3) ภายใต้ความร้อนสูงของการกราไฟต์ที่ 3000 ℃ องค์ประกอบทั้งหมด ยกเว้นองค์ประกอบ C จะถูกระเหยและปล่อยออก อย่างไรก็ตาม จะยังคงมีสิ่งเจือปนเล็กน้อยในกระบวนการทำความเย็นที่ดูดซับบนพื้นผิวของแคโทด พื้นผิวของหม้อจะ形成ชั้นเปลือกแข็งหยาบที่มีเถ้าสูงและวัสดุที่มีความไวต่อการระเหยสูงจะก่อให้เกิดวัสดุเปลือกแข็งมากขึ้น การเลือกสารเติมแต่งที่มีเถ้าต่ำและความไวต่อการระเหยต่ำจึงมีพื้นฐานจากเหตุผลนี้

(4) ความแตกต่างของวัสดุเปลือกแข็งในดัชนีและประสิทธิภาพของวัสดุแอโนดที่มีคุณภาพแตกต่างกันมาก ดังนั้นเมื่อทำการนำหม้อออก จำเป็นต้องเคาะวัสดุเปลือกแข็งที่หนา 1~5 มม. ออกล่วงหน้าเพื่อเก็บและจัดเก็บแยกต่างหาก วัสดุที่มีคุณภาพที่มีพื้นผิวเรียบจะถูกเก็บรวบรวมตามปกติ ใส่ลงในถุงตันเพื่อเก็บและส่งให้ลูกค้า