石墨

负极材料石墨化技术与改善之处

发布时间:2023/11/17 9:29:22   

近几年,我国大力推进新能源汽车购买力度,新能源汽车行业飞速发展,导致锂电池市场供不应求,而70%以上的锂电池负极材料都需要进行石墨化处理。石墨化技术现在急需升级优化,来面对目前石墨负极材料供不应求的市场局面。石墨化是指用热能将不稳定的碳原子实现由乱层结构向石墨晶体结构的有序转化,原子重排及结构转变的能量来源为高温热处理。随着热处理温度的提高,D(石墨层间距)逐渐变小,到达℃时变化显著,到℃时,变化趋向缓慢,直至完成整个石墨化过程。

上述的石墨化需要在高温炉的环境下才能进行。目前石墨化使用的主流炉型为:①艾奇逊炉;②内串炉;③箱体炉。这三种炉型的区别如下所示:

装炉

再进行石墨化时,~℃期间,炉内产生大量外逸的挥发分物质。过度积压会产生局部炸炉的安全事故。挥发分大量逸出时燃烧不充分会产生大量的黑色烟气,带来环保风险。如果想要避免这些不良影响,可以按照以下的制备流程进行石墨化处理:

1、负极粉挥发分高低搭配

①负极粉入炉时按照挥发分高低进行搭配,高挥发分物料,注意均匀分布,避免从部分区域集中逸出;

②送电初期在挥发份集中排放阶段适度放缓,使挥发物质缓慢排出充分燃烧。

2、选择合适尺寸的坩埚

根据炉芯所能产生的截面电流密度,合理选择适合的坩埚。

坩埚尺寸过大,即炉芯截面过大,申流密度过小,容易发生“小马拉大车”的品质不良风险;

坩埚尺寸过小,即炉芯截面过小,电流密度过大,容易发生“大马拉小车”的电能浪费现象。

3、辅料的选择

挥发分:要求1%,若偏高易发生局部炸炉以及产生黑色烟气,若工艺设计送电前期缓慢,可以考虑以低成本采购挥发分较高的辅料。

灰分:要求1%,偏高易对负极以及出炉后辅料销售产生负面影响,若辅料销路稳定,可以低成本采购高灰分辅料。

硫分:低硫高硫的选择主要根据环保设施处理能力进行选择,须综合考量。

比电阻:艾奇逊炉需要一定的比电阻通电后自发热,选择行业常规数值即可。

辅料的选择上可以调整的空间很大,权衡辅料采购与销售的情况,在确保环保要求的前提下,制定收益最大化的方案!

4、避免炉内偏流

理想的电流走向是均匀的,同向的。炉内负极与辅料分布不均匀时,电流会从电阻偏低的地方流通,发生偏流现象,影响整炉石墨化效果。

要求:

①装辅料避免小颗粒或大颗粒集中抱团出现;

②物料返工时,忌与电流方向相同,应采取与电流方向垂直的方式入炉;

③新旧坩埚一同入炉时也须采取与电流方向垂直的方式,忌新坩埚装下层的同时旧坩埚装上层。

送电

石墨化高温处理的有效阶段仅在C~℃之间,为使炉内各个位置都达到℃,需要在高温时保持一段时间,炉型不同参数不同,高温时长由10H~30H不等。那么我们在进行石墨化时应该选择什么样的石墨化功率曲线呢?

可以按照以下选取标准选择适合自己的石墨化功率曲线:

①根据炉内主/辅料、坩埚的不同选取不同升温曲线;

②炉内主/辅料挥发分较高时,选取较慢的升温曲线;

③炉内主料/辅料灰分较高时,须延长高功率时长。

由于负极材料的粉状特性,国内近两年发生的多起较严重的喷炉事故,因此在送电过程中须密切

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