Процес графітизації анодного матеріалу

2025-03-26

1 графітизація

Процес графітизації – це процес, у якому вуглецевий матеріал нагрівається до 2300~3000 ℃, повністю використовуючи опірне тепло, так що аморфний вуглець з хаотичною шаруватою структурою перетворюється в упорядковану кристалічну структуру кам'яного чорнила. Енергія перетворення кристалічної структури графіту та перестановки атомів походить від термічної обробки при високій температурі. З підвищенням температури термічної обробки відстань між графітовими шарами поступово зменшується, зазвичай між 0,343 нм і 0,346 нм. Зміни є значними, коли температура досягає 2500 ℃, і поступово сповільнюються, коли температура досягає 3000 ℃, поки весь процес графітизації не буде завершено. Штучний графітовий анодний матеріал проходить через графітизацію при високій температурі, структура вуглецю успішно перетворюється в графітову структуру і має відповідну функцію анода літієвої батареї.

2. Основні типи печей і процес графітизації анодного матеріалу

На даний момент типи печей, що використовуються в процесі графітизації анодного матеріалу, в основному включають графітизаційну піч Ачесона, внутрішню серійну графітизаційну піч, коробкову графітизаційну піч і безперервну графітизаційну піч, серед яких найчастіше використовується графітизаційна піч Ачесона, а невелика кількість внутрішніх серійних графітизаційних печей використовується. Коробкова графітизаційна піч і безперервна графітизаційна піч – це нові типи печей, розроблені в останні роки. Коробкова графітизаційна піч розвивається швидко, в основному через реконструкцію печі Ачесона та часткове нове будівництво. Безперервна графітизаційна піч новозбудована і все ще проходить тестування, її тип печі та процес не є повністю зрілими, і знадобиться деякий час, щоб вона стала широко використовуваною.

Піч Ачесона – це установка вуглецевого анодного матеріалу в одноразову (1 отвір) тигель, а потім тигель завантажується в графітизаційну піч, і між опором встановлюється опірний матеріал, а з обох боків і верхня кришка завантажуються ізоляційним матеріалом для завершення графітизації через передачу електрики. Внутрішня серійна графітизаційна піч – це установка вуглецевого анодного матеріалу в пористий тигель (9 отворів), а потім тигель з'єднується кінець у кінець у графітовій печі через серійне з'єднання, а з обох боків і верхня кришка завантажуються ізоляційними матеріалами для завершення графітизації через передачу електрики. Коробкова графітизаційна піч – це завантаження вуглецевого негативного матеріалу безпосередньо в велику коробку, заздалегідь встановлену з вуглецевою або графітовою пластиною, і додавання вуглецевої або графітової кришки як опору, верхня частина та обидва боки теплоізоляційного матеріалу входять у графітизацію через передачу електрики. Безперервна графітизаційна піч – це безперервне додавання вуглецевого анодного матеріалу в камеру графітизаційної печі, після високотемпературної графітизації охолодження та вивантаження.

3. Ключові технічні моменти в різних процесах графітизації печей

Процес обробки анодних матеріалів в основному ділиться на два ключові етапи: грануляцію та графітизацію, і обидва з них мають високі технічні бар'єри. Анодні матеріали, що проходять графітизацію, можуть значно покращити специфічну ємність анодних матеріалів, перший ефект, специфічну поверхню, щільність ущільнення, провідність, хімічну стабільність, такі як показники продуктивності, тому контроль і оволодіння хорошою технологією графітизації є важливим підходом для забезпечення якості анодних матеріалів, оскільки технологія печей коробчатого типу та безперервної графітизації ще не повністю зріла. Далі зосередимося на процесах печі Ачесона та внутрішньосерійної печі графітизації.

3.1 Завантаження печі Ачесона та внутрішньосерійної печі (кристал)

3.1.1 Співвідношення летючих речовин під час завантаження печі

Коли температура в печі графітизації піднімається до 200~1000 ℃, велика кількість летючих речовин буде вивільнена з негативного електрода в печі. Якщо летючі речовини не можуть бути виведені вчасно, це може призвести до накопичення летючих речовин, що викличе аварію безпеки в розпилювальній печі. Коли велика кількість летючих речовин вивільняється, їх згоряння буде недостатнім, що призведе до утворення великої кількості чорного диму, викликаючи забруднення навколишнього середовища або екологічні аварії. Тому під час завантаження печі слід звернути увагу на такі моменти:

(1) При установці негативного електрода печі необхідно провести раціональне співвідношення відповідно до рівня вмісту летючих речовин, щоб уникнути надмірної концентрації та скупчення частин з високим вмістом летючих речовин під час передачі електроенергії;

(2) На верху ізоляційного матеріалу слід встановити відповідні повітряні отвори для ефективного виведення;

(3) При проектуванні кривої живлення необхідно повністю врахувати уповільнення кривої в стадії концентрованого виведення летючих речовин, щоб летючі речовини могли виводитися повільно та повністю згоряти;

(4) Раціональний вибір допоміжних матеріалів, забезпечити склад розміру частинок допоміжних матеріалів, зменшити кількість порошку 0~1 мм у допоміжних матеріалах, зазвичай становить менше 10%.

3.1.2 Опір печі повинен бути рівномірним під час завантаження

Коли негативний електрод і матеріал опору не рівномірно розподілені в печі, струм буде текти з місця з низьким опором, і виникне явище зміщеного струму, що вплине на ефект графітизації всього негативного електрода печі. Тому під час завантаження печі слід звернути увагу на такі моменти:

(1) При завантаженні печі матеріал опору слід вивантажувати з голови печі до хвоста довгої лінії печі, щоб уникнути концентрації дрібних або великих частинок;

(2) старі та нові кристали, що потрапляють в одну й ту ж піч, також потребують раціонального співвідношення, забороняється новий кристал з одним шаром, старий кристал з одним шаром.

(3) Уникайте контакту матеріалу опору з матеріалом бічної стінки.

3.2 Печі Ачесона та живлення внутрішньої серійної печі

3.2.1 Основи формулювання кривої потужності анодного матеріалу під час передачі потужності

Відповідно до різних вимог до якості катодного матеріалу, його можна поділити на матеріал низькотемпературний (2800 ℃), середньотемпературний (2950 ℃), високотемпературний (3000 ℃), але процес графітизації високотемпературної обробки зазвичай знаходиться між 2250 ℃ і 3000 ℃. Щоб усі позиції в печі досягли необхідної температури, необхідно підтримувати високотемпературний процес протягом певного часу. Щоб забезпечити однорідність температури в печі, зазвичай, через різні типи печей, потрібно підтримувати різний час, загалом високотемпературний режим підтримується протягом 6~30 годин, у процесі передачі потужності, щоб запобігти відскоку опору печі, потрібно підтримувати 3~6 годин. Конкретну ситуацію потрібно досліджувати та формулювати відповідно до наступних технічних пунктів.

(1) Вибрати різні криві нагріву відповідно до ядра печі, анодного матеріалу, матеріалу опору, тигля, завантаження печі тощо;

(2) Різні криві повинні бути вибрані відповідно до летючих речовин анодних матеріалів і матеріалів опору в печі. Якщо летючі речовини високі, слід вибрати повільнішу криву нагріву; в іншому випадку слід вибрати швидшу;

(3) Коли вміст золи анодного матеріалу та матеріалу опору в печі високий або анодний матеріал відносно важко графітизувати, час передачі потужності слід відповідно подовжити.

3.2.2 Процес передачі потужності анодного матеріалу для запобігання аваріям впорскування печі

Оскільки анодний матеріал є порошкоподібним матеріалом, вміст летючих речовин високий і важко вивести, легко виникає дуга та аварії печі, викликані високим вмістом летючих речовин, конкретний процес операції повинен звертати увагу на такі питання:

(1) Коли анодний матеріал встановлюється в печі Ачесона, матеріал опору слід піднімати, щоб уникнути дуги, викликаної підвішеним матеріалом опору між тиглем під час передачі потужності;

(2) Зміна переміщення негативного матеріалу внутрішньої серійної печі в основному зменшується в процесі передачі потужності. Тому, коли негативний матеріал встановлюється в печі, слід розрахувати хід гідравлічного циліндра, щоб забезпечити наявність ходу та достатнього тиску в процесі передачі потужності, щоб уникнути аварії впорскування печі, викликаної втратою тиску;

(3) Для обох типів печей слід вибирати грубі частинки та матеріали з низьким вмістом летючих речовин;

(4) У процесі передачі потужності слід уважно стежити за тим, чи є місцеве нагрівання в печі;

(5) У процесі передачі потужності необхідно уважно стежити за тим, чи є явище перехресного вогню на верху печі та стіні печі;

(6) У процесі передачі потужності необхідно уважно стежити за тим, чи є низький гуркіт у печі;

Необхідно звертати пильну увагу на те, чи є велика коливання струму в процесі передачі електроенергії.

Якщо в процесі передачі електроенергії виникає явище (4)-(7), електроенергію слід своєчасно відключити, щоб уникнути виникнення аварії з впорскуванням у піч.

3.3 Охолодження та випікання

(1) У процесі охолодження графітизації анодний матеріал не можна примусово охолоджувати поливанням, але його можна природно охолоджувати, захоплюючи матеріал шар за шаром за допомогою захоплювального відра або всмоктувального пристрою.

(2) Анодний матеріал у тиглі при температурі близько 150 ℃ є оптимальним, раннє вилучення тигля через високу температуру призводить до окислення анодного матеріалу, збільшення специфічної поверхні, що також призводить до збільшення витрат на окислення тигля. Занадто пізнє вилучення тигля також призведе до окислення катодного порошкового матеріалу, збільшення специфічної поверхні, подовження виробничого циклу та збільшення витрат.

(3) При високій температурі графітизації 3000 ℃ всі елементи, крім елемента C, випаровуються та виводяться. Однак у процесі охолодження все ще залишиться невелика кількість домішок, які адсорбуються на поверхні катоду, на поверхні тигля утворюється шар грубої твердої оболонки, матеріали з високим вмістом золи та летючих речовин формують більше твердих оболонкових матеріалів. Вибір ексципієнтів з низьким вмістом золи та летючих речовин базується на цій причині.

(4) Матеріал твердої оболонки має значну різницю в показниках та характеристиках якісного анодного матеріалу, тому при вилученні тигля необхідно заздалегідь відбити 1~5 мм товстий матеріал твердої оболонки для окремого зберігання, якісний матеріал з гладкою поверхнею зазвичай збирається, поміщається в тонкий мішок для зберігання та доставки клієнтам.