CN108439392A - 一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置及制作工艺，包括艾奇逊炉主体，所述艾奇逊炉主体由炉基底、炉头墙体、炉尾墙体和炉墙板围绕而成，所述炉头墙体和炉尾墙体内分别设置有导电电极，所述导电电极贯穿炉头墙体或炉尾墙体，且延伸至炉头墙体或炉尾墙体外壁两侧，所述炉基底顶部由下而上依次设置有石英砂层和焦粉层，所述焦粉层顶部设置有炉芯。本发明采用生产锂电池负极材料工艺，炉芯能达到更高的温度，负极材料原料、煅后焦层及石油焦层的石墨化程度更高，负极材料成品及增碳剂的性能更好，负极材料成品的吨耗电降低为传统的1/2左右，增碳剂的产量翻倍，而且炉体降温快，出炉快，环保节能效果显著。

Description

一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置及其制作工艺

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料制备领域，特别涉及一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置及其制作工艺。

背景技术

负极材料对锂电池性能起决定性作用的关键材料。负极的比容量和工作电压直接决定锂电池的能量密度，是最重要的电池材料之一。目前主流负极材料仍然是天然石墨和人造石墨。其中，人造石墨类负极材料的生产过程包括选材、球化、包覆、炭化以及石墨化，石墨化是人造石墨类负极材料生产过程中一道重要工序。目前，大多数传统方法采取的是改造型艾奇逊石墨化炉来加工人造石墨类负极材料。

艾奇逊炉是19世纪末在生产碳化硅的电阻炉基底础上改造的，其主要特点是装入炉内的负极材料原料与电阻料(焦粒 )共同构成炉阻，通电后产生2000 ~ 3000℃的高温使负 极材料原料石墨化。艾奇逊炉的原理是通过电流流经炉内电阻料而使电阻料产生大量热能 （通常电阻料需达到3000度左右的高温），然后再将热能传递到产品，最终实现产品石墨化。 传统使用艾奇逊炉加工负极材料需送电35 ~ 60个小时，每吨产品的电耗在15000 ~16000度， 电单耗高，而且对环境污染较大；同时，由于受自身加工方式限制，艾奇逊炉上层和下层温 度分布不均匀，易造成石墨化过程中产品受热不均导致其石墨化程度不均，从而影响产品质量。

艾奇逊石墨化工艺也存在许多问题，目前石墨化炉大多单纯使用煅后焦作为电阻料，但是煅后焦不能与水接触，致使冷却方式受限，只能采用自然冷却，降温慢，延长了出炉时间；其次是煅后焦存在损耗大和污染大的问题，作业过程不便于控制；而且经高温处理后，煅后焦对应的副产品-增碳剂的质量较低。实际生产中，煅后焦的装量只达到炉体体积的1/3左右，致使单炉所 得辅材的产量较低，质量不稳定。因此，发明一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置及其制作工艺来解决上述问题很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置及其工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置，包括艾奇逊炉主体，所述艾奇逊炉主体由炉基底、炉头墙体、炉尾墙体和炉墙板围绕而成，所述炉头墙体和炉尾墙体内分别设置有导电电极，所述导电电极贯穿炉头墙体或炉尾墙体，且延伸至炉头墙体或炉尾墙体外壁两侧，所述炉基底顶部由下而上依次设置有石英砂层和焦粉层，所述焦粉层顶部设置有炉芯，所述炉芯设置于艾奇逊炉主体内，所述炉芯顶部和侧面设置有成型板，所述艾奇逊炉主体顶部设置有集气罩。

优选的，所述炉芯包括坩埚、煅后焦层和石油焦层，所述煅后焦层设置于坩埚外表面，所述石油焦层设置于煅后焦层外表面，所述石油焦层设置于成型板内。

优选的，所述坩埚沿艾奇逊炉主体炉高方向设置两层，所述坩埚的层间距设置为180mm，每层所述坩埚沿艾奇逊炉主体炉长方向至少设置两行，每层所述坩埚沿艾奇逊炉主体炉宽方向至少设置两列，所述坩埚的行与行的缝隙间距设置为80mm，所述坩埚的列与列的缝隙间距设置为20mm，所述坩埚的行与行之间及列与列之间的缝隙填充有煅后焦层。

优选的，所述炉墙板为耐火材料制件，所述炉墙板内设置有双层钢筋网，所述双层钢筋网之间设置有支撑件，所述支撑件两端分别与支撑件侧壁相互贴合，所述炉墙板内设置有散气通风孔，所述散气通风孔两端分别贯穿炉墙板，且分别延伸至炉墙板侧壁一侧，所述炉墙板外壁一侧顶端固定设置有L型挂钩，所述集气罩与L型挂钩活动卡接。

优选的，所述成型板顶部和侧面设置有保温材料层，所述石英砂层和焦粉层之间设置有冶金焦粒层。

优选的，所述石油焦层厚度设置为500~700mm之间，所述坩埚的顶部和底部铺设的煅后焦层厚度均设置为200mm，所述成型板顶部的保温材料层厚度设置为800~1000mm之间，所述成型板侧面的保温材料层厚度设置为500mm。

本发明还提供了一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置的制作工艺，包括以下具体步骤：

步骤一：在炉基底上依次铺设石英砂和焦粉，并且夯实；

步骤二：然后吊装和固定炉墙板，将艾奇逊炉主体的侧边进行封闭；

步骤三：在炉墙板的内侧依次吊装成型板和钢板，并且炉墙板与成型板之间预留填充保温材料的间距，成型板与钢板之间预留填充石油焦的间距，然后分别固定成型板和钢板；

步骤四：然后在焦粉的上部铺设石油焦，并且夯实，再然后在石油焦的上部铺设煅后焦，并且夯实；

步骤五：将负极材料原料装至坩埚中，再将坩埚放置在煅后焦的上部，然后在坩埚的上部和周侧分别铺设和填充煅后焦，直至达到设计的炉芯要求；

步骤六：在煅后焦的上部及成型板与钢板之间分别铺设和填充石油焦夯实，然后将钢板抽离；

步骤七：再步骤六完成之后，在成型板的上部及炉墙板与成型板之间分别铺设和填充保温材料，装炉结束；

步骤八：装炉完毕后，及时清理现场，检查线路，设定升温曲线，计算通电量，进行通电升温。

本发明的技术效果和优点：本发明采用生产锂电池负极材料工艺，炉芯能达到更高的温度，负极材料原料、煅后焦层及石油焦层的石墨化程度更高，负极材料成品及增碳剂的性能更好，负极材料成品的吨耗电降低为传统的1/2左右，增碳剂的产量翻倍，而且炉体降温快，出炉快，环保节能效果显著。

附图说明

图1为本发明的整体剖视结构示意图。

图2为本发明的炉墙板剖视结构示意图。

图中：1艾奇逊炉主体、2炉基底、3炉头墙体、4炉尾墙体、5炉墙板、6导电电极、7石英砂层、8焦粉层、9炉芯、10成型板、11集气罩、12坩埚、13煅后焦层、14石油焦层、15双层钢筋网、16支撑件、17散气通风孔、18 L型挂钩、19冶金焦粒层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1所示的一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置，包括艾奇逊炉主体1，所述艾奇逊炉主体1由炉基底2、炉头墙体3、炉尾墙体4和炉墙板5围绕而成，所述炉头墙体3和炉尾墙体4内分别设置有导电电极6，所述导电电极6贯穿炉头墙体3或炉尾墙体4，且延伸至炉头墙体3或炉尾墙体4外壁两侧，所述炉基底2顶部由下而上依次设置有石英砂层7和焦粉层8，所述焦粉层8顶部设置有炉芯9，所述炉芯9设置于艾奇逊炉主体1内，所述炉芯9顶部和侧面设置有成型板10，所述艾奇逊炉主体1顶部设置有集气罩11，所述炉芯9包括坩埚12、煅后焦层13和石油焦层14，所述煅后焦层13设置于坩埚12外表面，所述石油焦层14设置于煅后焦层13外表面，所述石油焦层14设置于成型板10内，所述坩埚12沿艾奇逊炉主体1炉高方向设置两层，所述坩埚12的层间距设置为180mm，每层所述坩埚12沿艾奇逊炉主体1炉长方向至少设置两行，每层所述坩埚12沿艾奇逊炉主体1炉宽方向至少设置两列，所述坩埚12的行与行的缝隙间距设置为80mm，所述坩埚12的列与列的缝隙间距设置为20mm，所述坩埚12的行与行之间及列与列之间的缝隙填充有煅后焦层13，所述成型板10顶部和侧面设置有保温材料层，所述石英砂层7和焦粉层8之间设置有冶金焦粒层19，所述石油焦层14厚度设置为500~700mm之间，所述坩埚12的顶部和底部铺设的煅后焦层13厚度均设置为200mm，所述成型板10顶部的保温材料层厚度设置为800~1000mm之间，所述成型板10侧面的保温材料层厚度设置为500mm，所述集气罩11设置为凹向艾奇逊炉主体1的弧形结构，所述集气罩11的最大截面积大于所述艾奇逊炉主体1的任一横截面积。

根据图2所述的一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置，所述炉墙板5为耐火材料制件，所述炉墙板5内设置有双层钢筋网15，所述双层钢筋网15之间设置有支撑件16，有利于对双层钢筋网15起到支撑的作用，所述支撑件16两端分别与支撑件16侧壁相互贴合，所述炉墙板5内设置有散气通风孔17，有利于对艾奇逊炉主体1达到散气通风的效果，所述散气通风孔17两端分别贯穿炉墙板5，且分别延伸至炉墙板5侧壁一侧，所述炉墙板5外壁一侧顶端固定设置有L型挂钩18，所述集气罩11与L型挂钩18活动卡接。

实施例1：一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置的制作工艺，包括以下具体步骤：

步骤一：在炉基底2上依次铺设石英砂和焦粉，并且夯实；

步骤二：然后吊装和固定炉墙板5，将艾奇逊炉主体1的侧边进行封闭；

步骤三：在炉墙板5的内侧依次吊装成型板10和钢板，并且炉墙板5与成型板10之间预留填充保温材料的间距，成型板10与钢板之间预留填充石油焦的间距，然后分别固定成型板10和钢板；

步骤四：然后在焦粉的上部铺设石油焦，并且夯实，再然后在石油焦的上部铺设煅后焦，并且夯实；

步骤五：将负极材料原料装至坩埚12中，再将坩埚12放置在煅后焦的上部，然后在坩埚12的上部和周侧分别铺设和填充煅后焦，直至达到设计的炉芯9要求；

步骤六：在煅后焦的上部及成型板10与钢板之间分别铺设和填充石油焦夯实，然后将钢板抽离；

步骤七：再步骤六完成之后，在成型板10的上部及炉墙板5与成型板10之间分别铺设和填充保温材料，装炉结束；

步骤八：装炉完毕后，及时清理现场，检查线路，设定升温曲线，计算通电量，进行通电升温。

实施例2：一种通电升温曲线，包括以下阶段：

第一阶段：送电功率为100~ 150KW，时间8 ~ 20小时；

第二阶段：维持第一阶段结束时的温度10 ~ 12小时，保持送电功率为100 ~ 150KW；

第三阶段：送电功率为180 ~ 450KW，保持8小时；

第四阶段：根据变压器的额定功率和额定电压，使送电功率自由上升，经红外测温仪测温，温度达到3000度以上时，保持10小时，降档停电，送电结束。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置，包括艾奇逊炉主体（1），其特征在于：所述艾奇逊炉主体（1）由炉基底（2）、炉头墙体（3）、炉尾墙体（4）和炉墙板（5）围绕而成，所述炉头墙体（3）和炉尾墙体（4）内分别设置有导电电极（6），所述导电电极（6）贯穿炉头墙体（3）或炉尾墙体（4），且延伸至炉头墙体（3）或炉尾墙体（4）外壁两侧，所述炉基底（2）顶部由下而上依次设置有石英砂层（7）和焦粉层（8），所述焦粉层（8）顶部设置有炉芯（9），所述炉芯（9）设置于艾奇逊炉主体（1）内，所述炉芯（9）顶部和侧面设置有成型板（10），所述艾奇逊炉主体（1）顶部设置有集气罩（11）。

2.根据权利要求1所述的一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置，其特征在于：所述炉芯（9）包括坩埚（12）、煅后焦层（13）和石油焦层（14），所述煅后焦层（13）设置于坩埚（12）外表面，所述石油焦层（14）设置于煅后焦层（13）外表面，所述石油焦层（14）设置于成型板（10）内。

3.根据权利要求2所述的一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置，其特征在于：所述坩埚（12）沿艾奇逊炉主体（1）炉高方向设置两层，所述坩埚（12）的层间距设置为180mm，每层所述坩埚（12）沿艾奇逊炉主体（1）炉长方向至少设置两行，每层所述坩埚（12）沿艾奇逊炉主体（1）炉宽方向至少设置两列，所述坩埚（12）的行与行的缝隙间距设置为80mm，所述坩埚（12）的列与列的缝隙间距设置为20mm，所述坩埚（12）的行与行之间及列与列之间的缝隙填充有煅后焦层（13）。

4.根据权利要求1所述的一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置，其特征在于：所述炉墙板（5）为耐火材料制件，所述炉墙板（5）内设置有双层钢筋网（15），所述双层钢筋网（15）之间设置有支撑件（16），所述支撑件（16）两端分别与支撑件（16）侧壁相互贴合，所述炉墙板（5）内设置有散气通风孔（17），所述散气通风孔（17）两端分别贯穿炉墙板（5），且分别延伸至炉墙板（5）侧壁一侧，所述炉墙板（5）外壁一侧顶端固定设置有L型挂钩（18），所述集气罩（11）与L型挂钩（18）活动卡接。

5.根据权利要求1所述的一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置，其特征在于：所述成型板（10）顶部和侧面设置有保温材料层，所述石英砂层（7）和焦粉层（8）之间设置有冶金焦粒层（19）。

6.根据权利要求2所述的一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置，其特征在于：所述石油焦层（14）厚度设置为500~700mm之间，所述坩埚（12）的顶部和底部铺设的煅后焦层（13）厚度均设置为200mm，所述成型板（10）顶部的保温材料层厚度设置为800~1000mm之间，所述成型板（10）侧面的保温材料层厚度设置为500mm。

7.根据权利要求1所述的一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯装置，其特征在于：所述集气罩（11）设置为凹向艾奇逊炉主体（1）的弧形结构，所述集气罩（11）的最大截面积大于所述艾奇逊炉主体（1）的任一横截面积。

8.根据权利要求1-7所述的一种低能耗锂电池石墨负极材料提纯的制作工艺，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤一：在炉基底（2）上依次铺设石英砂和焦粉，并且夯实；

步骤二：然后吊装和固定炉墙板（5），将艾奇逊炉主体（1）的侧边进行封闭；

步骤三：在炉墙板（5）的内侧依次吊装成型板（10）和钢板，并且炉墙板（5）与成型板（10）之间预留填充保温材料的间距，成型板（10）与钢板之间预留填充石油焦的间距，然后分别固定成型板（10）和钢板；

步骤四：然后在焦粉的上部铺设石油焦，并且夯实，再然后在石油焦的上部铺设煅后焦，并且夯实；

步骤五：将负极材料原料装至坩埚（12）中，再将坩埚（12）放置在煅后焦的上部，然后在坩埚（12）的上部和周侧分别铺设和填充煅后焦，直至达到设计的炉芯（9）要求；

步骤六：在煅后焦的上部及成型板（10）与钢板之间分别铺设和填充石油焦夯实，然后将钢板抽离；

步骤七：再步骤六完成之后，在成型板（10）的上部及炉墙板（5）与成型板（10）之间分别铺设和填充保温材料，装炉结束；

步骤八：装炉完毕后，及时清理现场，检查线路，设定升温曲线，计算通电量，进行通电升温。