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

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) 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

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) 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) ภายใต้อุณหภูมิสูงของการทำให้เป็นกราไฟต์ที่ 3,000 ℃ องค์ประกอบทั้งหมดยกเว้นองค์ประกอบ C จะระเหยและถูกปล่อยออกมา อย่างไรก็ตาม ยังคงมีสิ่งเจือปนจำนวนเล็กน้อยในกระบวนการทำความเย็น การดูดซับบนพื้นผิวของแคโทด พื้นผิวเบ้าหลอมจะก่อตัวเป็นชั้นของเปลือกแข็งที่หยาบ วัสดุที่มีเถ้าสูง วัสดุระเหยง่ายสูงจะก่อตัวเป็นวัสดุเปลือกแข็งมากขึ้น การเลือกสารช่วยที่มีเถ้าต่ำและสารระเหยง่ายต่ำนั้นขึ้นอยู่กับเหตุผลนี้

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