CN105514361B - 一种负极材料无舟皿碳化工艺 - Google Patents

一种负极材料无舟皿碳化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种负极材料无舟皿碳化工艺，该碳化工艺在负极粉原料碳化过程中，不采用传统卧式推板隧道窑连续炉碳化工艺中普遍使用的物料舟皿和推板，而是采用立式感应加热连续碳化炉将负极粉原料直接置于炉膛中实施连续碳化处理，原料采用石墨类负极粉原料，经带预热进料装置在氮气保护环境下对该原料进行碳化前预热处理，在立式感应加热连续碳化炉中进行碳化，实现无舟皿连续碳化生产，本碳化工艺省掉了物料舟皿和推板，且温度、时间、物料流动速度可控、可调，具有品质稳定、工作可靠、高效率、低成本特点。

Description

一种负极材料无舟皿碳化工艺
技术领域
本发明涉及一种负极材料无舟皿碳化工艺,它是一种锂离子电池负极材料连续碳化工艺，特别是一种不采用间歇炉碳化工艺中普遍使用的物料容器，也不采用连续炉碳化工艺中普遍使用的物料舟皿的锂离子电池负极材料无舟皿碳化工艺。
背景技术
在锂离子电池负极材料产业中，绝大部分都是采用卧式推板隧道窑实施碳化生产，即将装有负极粉原料舟皿至于推板上，从该碳化炉的一端进入炉膛，通过推板带动舟皿运动，顺序通过预热区、碳化加热区、冷却区，从碳化炉的另一端出炉，周而复始，实现连续生产。
显然，物料舟皿、推板是一种随物料一起升温和降温的辅助工具，在碳化工艺中消耗大量的电能，导致碳化工艺成本显著偏高，用电量高达每吨负极材料5000kwh。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种负极材料无舟皿碳化工艺，该工艺不使用物料舟皿，生产1吨碳化负极材料产品用电量只有1500-2500kwh，从而大幅降低了能耗和生产成本。
本发明的技术方案：一种负极材料无舟皿碳化工艺，其特征在于所述的负极材料无舟皿碳化工艺是在负极粉原料碳化过程中，不采用传统卧式推板隧道窑连续炉碳化工艺中普遍使用的物料舟皿和推板，而是采用立式感应加热连续碳化炉将负极粉原料直接置于炉膛中实施连续碳化处理，该碳化工艺由以下原料和步骤完成：
A、所述原料为石墨类负极粉原料，该石墨类负极粉原料分为人造石墨负极粉包覆改性原料和天然石墨负极粉包覆改性原料：
①人造石墨负极粉包覆改性原料，粒度在1-65um之间，其含碳量在99.95%以上，人造石墨负极粉包覆改性原料是一种由人造石墨为基材，与沥青、硬碳、树脂和高分子材料改性物质均匀混合而成的混合原料，该人造石墨按如下分为数个小类：即按基材分为油系人造石墨和煤系人造石墨；按石墨晶体结构分为针状焦人造石墨、非针状焦人造石墨和针状焦与非针状焦混合型人造石墨，按原料生产工艺分为原生焦和石墨制品破碎后的石墨颗粒；
②天然石墨负极粉包覆改性原料，粒度在1-65um之间，其含碳量在99.95%以上，天然石墨负极粉包覆改性原料是一种由天然鳞片石墨或天然微晶石墨为基材，与沥青、硬碳、树脂和高分子材料改性物质均匀混合而成的混合原料；
B、预热处理：当上述原料中的负极粉原料需要碳化时，先采用带预热进料装置在氮气保护环境下对该原料进行碳化前预热处理，去除原料中的水份和挥发份，带预热进料装置预热温度在100-300℃之间可控可调，能耗控制在每吨负极材料300kwh以内；
所述带预热进料装置与立式感应加热连续碳化炉串联连接，即对带预热进料装置出来的物料，采用封闭管道直接送到立式感应加热连续碳化炉中进行碳化处理，避免在空气中回潮；
C、碳化装备：采用立式感应加热连续碳化炉对负极粉原料粉末进行碳化热处理，该立式感应加热连续碳化炉上方与带预热进料装置连通，下方与出料装置连接，即经过带预热进料装置处理的物料从立式感应加热连续碳化炉上方进入炉膛，在立式感应加热连续碳化炉中碳化完毕后，再由立式感应加热连续碳化炉下方的出料装置输送至炉外的物料容器中；通过带预热进料装置与出料装置协同配合，物料自上而下匀速流动，流量可控、可调。
本发明由进料装置将负极粉原料从立式感应加热连续碳化炉顶部送入该碳化炉炉膛中，在进料装置和出料装置的协同配合下，粉末顺着炉膛自上而下流动进入加热区，在隔绝氧气氛环境下将原料粉末中的非碳物质转化成碳物质、或炭物质，并将挥发份排出碳化炉，继续向下流动经冷却区，冷却后由碳化炉底部的出料装置送出碳化炉，周而复始，实现了无舟皿连续碳化生产。
由上述方法和数据可知，本负极材料无舟皿碳化工艺省掉了物料舟皿和推板，具有显著的高效率、低成本特点。
具体实施方式
一种负极材料无舟皿碳化工艺，其特征在于所述的负极材料无舟皿碳化工艺是在负极粉原料碳化过程中，不采用传统卧式推板隧道窑连续炉碳化工艺中普遍使用的物料舟皿和推板，而是采用立式感应加热连续碳化炉将负极粉原料直接置于炉膛中实施连续碳化处理，该碳化工艺由以下原料和步骤完成：A、所述原料为石墨类负极粉原料，该石墨类负极粉原料分为人造石墨负极粉包覆改性原料和天然石墨负极粉包覆改性原料：
①人造石墨负极粉包覆改性原料，粒度在1-65um之间，其含碳量在99.95%以上，人造石墨负极粉包覆改性原料是一种由人造石墨为基材，与沥青、硬碳、树脂和高分子材料改性物质均匀混合而成的混合原料，该人造石墨按如下分为数个小类：即按基材分为油系人造石墨和煤系人造石墨；按石墨晶体结构分为针状焦人造石墨、非针状焦人造石墨和针状焦与非针状焦混合型人造石墨，按原料生产工艺分为原生焦和由石墨制品破碎后的石颗粒；
②天然石墨负极粉包覆改性原料，粒度在1-65um之间，其含碳量在99.95%以上，天然石墨负极粉包覆改性原料是一种由天然鳞片石墨或天然微晶石墨为基材，与沥青、硬碳、树脂和高分子材料改性物质均匀混合而成的混合原料；
B、预热处理：当上述原料中的负极粉原料需要碳化时，先采用带预热进料装置在氮气保护环境下对该原料进行碳化前预热处理，去除原料中的水份和挥发份，带预热进料装置预热温度在100-300℃之间可控可调，能耗控制在每吨负极材料300kwh以内；
所述带预热进料装置与立式感应加热连续碳化炉串联连接，即对带预热进料装置出来的物料，采用封闭管道直接送到立式感应加热连续碳化炉中进行碳化处理，避免在空气中回潮；
C、碳化装备：采用立式感应加热连续碳化炉对负极粉原料粉末进行碳化热处理，该立式感应加热连续碳化炉上方与带预热进料装置连通，下方与出料装置连接，即经过带预热进料装置处理的物料从立式感应加热连续碳化炉上方进入炉膛，在立式感应加热连续碳化炉中碳化完毕后，再由立式感应加热连续碳化炉下方的出料装置输送至炉外的物料容器中；通过带预热进料装置与出料装置协同配合，物料自上而下匀速流动，流量可控、可调；
D、碳化工艺：按负极粉包覆改性材料、以及原料的挥发份大小将碳化工艺划分为以下三大类型；
①天然石墨或人造石墨沥青包覆、低挥发份负极粉原料碳化工艺：
在氮气氛环境下，采用1100-1300℃温度对该类负极粉原料进行连续碳化热处理，液氮配备为每吨负极材料120L，用电量配备为每吨负极材料1500-2000kwh；炉内氧含量控制在200ppm以内；
②天然石墨或人造石墨硬碳包覆高挥发份负极粉原料碳化工艺：
在氮气氛环境下，采用1300-1500℃温度对该类负极粉原料进行连续碳化热处理，液氮配备为每吨负极材料200L，用电量配备为每吨负极材料1800-2500kwh；炉内氧含量控制在100ppm以内；
所用立式感应加热连续碳化炉的炉膛中自上而下设有多个缓存区，确保该高挥发份和负极粉原料在碳化过程中排气和输料顺畅；
③天然石墨或人造石墨树脂及高分子包覆高挥发份负极粉原料碳化工艺：
在氮气氛环境下，采用1000-1200℃温度对该类负极粉原料进行连续碳化热处理，液氮配备为每吨负极材料160L，用电量配备为每吨负极材料1500-1800kwh；炉内氧含量控制在150ppm以内；
所用立式感应加热连续碳化炉的炉膛中自上而下设有数个缓存区，确保该高挥发份和负极粉原料在碳化过程中排气和输料顺畅；
本发明由进料装置将负极粉原料从感应加热立式连续碳化炉顶部送入该碳化炉炉膛中，在进料装置和出料装置的协同配合下，粉末顺着炉膛自上而下流动进入加热区，在隔绝氧气氛环境下将原料粉末中的非碳物质转化成碳物质、或炭物质，并将挥发份排出碳化炉，继续向下流动经冷却区，冷却后由碳化炉底部的出料装置送出碳化炉，周而复始，实现了无舟皿连续碳化生产。
本负极材料无舟皿碳化工艺省掉了物料舟皿和推板，且温度、时间、物料流动速度可控、可调，具有品质稳定、工作可靠、高效率、低成本特点。

Claims (1)

1.一种负极材料无舟皿碳化工艺，其特征在于所述的负极材料无舟皿碳化工艺是在负极粉原料碳化过程中，采用立式感应加热连续碳化炉将负极粉原料直接置于炉膛中实施连续碳化处理，该碳化工艺由以下原料和步骤完成：A、所述原料为石墨类负极粉原料，该原料为：①人造石墨负极粉包覆改性原料：人造石墨负极粉包覆改性原料是由各种类型的粒度在1-65um之间，含碳量在99.95%以上的人造石墨为基材，与沥青、硬碳、树脂和高分子材料改性物质均匀混合而成的混合原料，所述人造石墨选自如下类别：即按基材分为油系人造石墨和煤系人造石墨，按石墨晶体结构分为针状焦人造石墨、非针状焦人造石墨和针状焦与非针状焦混合型人造石墨，按原料生产工艺分为原生焦和由石墨制品破碎后的石墨颗粒；②天然石墨负极粉包覆改性原料：天然石墨负极粉包覆改性原料是一种由粒度在1-65um之间、含碳量在99.95%以上的天然鳞片石墨或天然微晶石墨为基材，与沥青、硬碳、树脂和高分子材料改性物质均匀混合而成的混合原料；B、预热处理：上述原料中的负极粉原料碳化时，先采用带预热进料装置在氮气保护环境下对该原料进行碳化前预热处理，去除原料中的水份和挥发份，带预热进料装置预热温度在100-300℃之间调节，能耗控制在每吨负极材料300kwh以内；所述带预热进料装置与立式感应加热连续碳化炉串联连接，即对带预热进料装置出来的物料，采用封闭管道直接送到立式感应加热连续碳化炉中进行碳化处理，避免在空气中回潮；C、碳化装备：采用立式感应加热连续碳化炉对负极粉原料粉末进行碳化热处理，该立式感应加热连续碳化炉上方与带预热进料装置连通，下方与出料装置连接，即经过带预热进料装置处理的物料从立式感应加热连续碳化炉上方进入炉膛，在立式感应加热连续碳化炉中碳化完毕后，再由立式感应加热连续碳化炉下方的出料装置输送至炉外的物料容器中；通过带预热进料装置与出料装置协同配合，物料自上而下匀速流动，并对流量进行调节；
对于高挥发份负极粉原料，立式感应加热连续碳化炉的炉膛中自上而下设有多个缓存区；D、碳化工艺：按负极粉包覆改性原料、以及原料的挥发份大小将碳化工艺划分为以下三大类型；①天然石墨或人造石墨沥青包覆，低挥发份负极粉原料碳化工艺，即根据A步骤中的人造石墨包覆改性负极粉原料中的基材与沥青混合而成的混合料，或天然石墨包覆改性负极粉原料中的基材与沥青混合而成的混合料的碳化工艺：
在氮气氛环境下，采用1100-1300℃温度对该类负极粉原料进行连续碳化热处理，液氮配备为每吨负极材料120L，用电量配备为每吨负极材料1500-2000kwh；炉内氧含量控制在200ppm以内；②天然石墨或人造石墨硬碳包覆，高挥发份负极粉原料碳化工艺，即根据A步骤中的人造石墨包覆改性负极粉原料中的基材与硬碳混合而成的混合料，或天然石墨包覆改性负极粉原料中的基材与硬碳混合而成的混合料的碳化工艺：
在氮气氛环境下，采用1300-1500℃温度对该类负极粉原料进行连续碳化热处理，液氮配备为每吨负极材料200L，用电量配备为每吨负极材料1800-2500kwh；炉内氧含量控制在100ppm以内，所用立式感应加热连续碳化炉的炉膛中自上而下设有多个缓存区；③天然石墨或人造石墨树脂及高分子包覆，高挥发份负极粉原料碳化工艺，即根据A步骤中的人造石墨包覆改性负极粉原料中的基材与树脂或高分子材料混合而成的混合料，或天然石墨包覆改性负极粉原料中的基材与树脂或高分子材料混合而成的混合料的碳化工艺：
在氮气氛环境下，采用1000-1200℃温度对该类负极粉原料进行连续碳化热处理，液氮配备为每吨负极材料160L，用电量配备为每吨负极材料1500-1800kwh；炉内氧含量控制在150ppm以内，所用立式感应加热连续碳化炉的炉膛中自上而下设有数个缓存区。
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