CN110790270A - 一种石墨负极材料碳化新工艺 - Google Patents

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朱亚锋
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Abstract

本发明公开了一种石墨负极材料碳化新工艺，所述石墨负极材料为放置于圆形坩埚内的包覆料，新工艺采用艾奇逊石墨化炉进行，该艾奇逊石墨化炉呈长方体状，左右两端设有电极并与整流变压器正负极相连，其包括炉底以及四周的炉墙；所述炉底上部、炉墙内侧以及炉顶均设有保温料并形成一个长方体空间；所述圆形坩埚分若干层放置于该长方体空间内；每一层圆形坩埚与保温料之间、各层圆形坩埚之间以及每一层的各圆形坩埚间隔之间均填充有电阻料；所述炉顶的保温料上均匀开设有若干排烟口并填充有石油焦。本发明能有效解决传统工艺中存在的需要使用专用的窑炉，耗费大量天然气及需用氮气进行实时保护，且易造成跑料的问题，耗能少，成本低，产量高。

Description

一种石墨负极材料碳化新工艺
技术领域
本发明属于碳素行业技术领域，特别涉及一种石墨负极材料碳化新工艺。
背景技术
随着新能源汽车的兴起，动力电池负极材料需求量日益增加，高端负极材料需求量也越来越大。对于需要包覆(在负极粉外面包裹一层沥青，即包覆料)的负极材料需要经过碳化，增加堆积密度，提高石墨化装炉量。传统的负极材料碳化工艺如图1所示，将装好负极粉的小方匣钵放置在进窑辊道上，辊道慢速行进(每小时几厘米的行进速度)，窑炉中通入燃气，并使用氮气进行实时保护，以避免空气进入氧化匣钵内的负极粉，装有负极粉的小方匣钵在辊道窑炉内完成高温煅烧，再经过冷却段后输出，然后把小方匣钵内的负极粉进行装包。这种传统的工艺需要使用专用的窑炉，以及配套的天然气站以及氮气站，此窑炉造价高，碳化成本高，且产量受限。另外，一般传统的负极材料的挥发分在1％以内，而包覆后的负极材料比传统负极材料挥发分要高很多，可以达到8％及以上，若使用传统的工艺(如使用传统的辊道窑炉进行碳化的方式)对包覆后的负极材料进行碳化，由于这种包覆料挥发分很高，通常会造成跑料(所谓跑料就是负极细粉随着烟气溜走)，进而造成损失，影响产量并增加成本。
发明内容
针对上述背景技术中存在的包覆后的负极材料使用传统碳化工艺需要使用专用的窑炉，耗费大量的天然气，还要使用氮气进行实时保护，且容易造成跑料的问题，本发明提供一种石墨负极材料碳化新工艺，使用传统的艾奇逊石墨化炉完成包覆后的负极材料的碳化，节能能源，产量高。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
本发明一种石墨负极材料碳化新工艺，所述石墨负极材料为包覆料，即负极材料外侧包覆一层沥青，本发明技术方案的创新点是，将传统碳化工艺中使用的专用辊道窑炉替换为传统的艾奇逊石墨化炉，改变以往使用传统窑炉需要耗费大量天然气进行煅烧，并需要氮气进行保护的方式，通过对艾奇逊石墨化炉通电完成炉内的包覆后的负极材料的碳化，整个过程仅消耗电能。本技术方案中，所述包覆料放置于圆形坩埚内；所述石墨负极材料碳化新工艺采用艾奇逊石墨化炉进行；所述艾奇逊石墨化炉呈长方体状，其左右两端分别设置有电极并分别与整流变压器的正负极相连，其包括炉底以及炉底四周的炉墙，该炉底及炉墙均使用耐火砖砌筑而成；所述炉底上部、炉墙内侧以及炉顶均设置有保温料，该保温料形成一个长方体空间；所述放置有包覆料的圆形坩埚分若干层放置于所述保温料形成的长方体空间内；每一层圆形坩埚与保温料之间、各层圆形坩埚之间以及每一层的各圆形坩埚间隔缝隙之间均填充有电阻料；所述炉顶的保温料上均匀开设有若干排烟口，每个排烟口内填充有石油焦。
本发明技术方案的进一步改进，所述炉底上部和炉墙内侧设置有保温料的厚度为190mm～210mm，炉顶覆盖的保温料的厚度≥500mm；所述每一层圆形坩埚与保温料之间以及各层圆形坩埚之间均设置的电阻料厚度为90mm～110mm。
本发明技术方案的进一步改进，所述炉顶设置有保温料开设的排烟口为圆形排烟口，直径为500mm，沿艾奇逊石墨化炉长度方向均匀设置，间隔为2m。
本发明技术方案的进一步改进，所述排烟口内填充的石油焦的粒径在5～30mm之间。
本发明技术方案的进一步改进，每一层的圆形坩埚呈若干排排列，每排圆形坩埚紧挨或者间隔平行排列，各圆形坩埚之间形成的间隔内填充电阻料。
本发明技术方案的进一步改进，所述每一层中的每一排圆形坩埚与艾奇逊石墨化炉的长度方向呈60°角。
本发明技术方案的进一步改进，所述艾奇逊石墨化炉送电后，控制该艾奇逊石墨化炉均匀慢速升温，最终的碳化温度控制在900℃～1100℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)、传统的负极材料碳化工艺需要使用专用的窑炉，同时需要耗费大量的天然气，以及在碳化工艺过程中需要使用氮气进行实时保护，耗能非常高，而本发明使用传统的艾奇逊石墨化炉，整个碳化过程只消耗电能；(2)、传统的负极材料碳化工艺使用的窑炉，装炉使用小方匣钵，产量低，成本高，而本发明使用坩埚，采用分层若干排排列方式，充分利用炉内空间，进而增加产量；(3)、传统的负极材料碳化工艺极易因为造成包覆后的负极材料出现跑料现象，采用本发明的技术方案可以减少跑料，减少损失。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1是传统的辊道窑炉进行负极材料碳化的工艺示意图；
图2是本发明中艾奇逊石墨化炉的原理图；
图3是本发明中艾奇逊石墨化炉装炉的左视剖面示意图；
图4是本发明中艾奇逊石墨化炉装炉的俯视示意图
图5是本发明中艾奇逊石墨化炉中圆形坩埚正装的第一种布置方式；
图6是本发明中艾奇逊石墨化炉中圆形坩埚正装的第二种布置方式；
图7是本发明中艾奇逊石墨化炉中圆形坩埚斜装的第一种布置方式；
图8是本发明中艾奇逊石墨化炉中圆形坩埚斜装的第二种布置方式
图中：1.艾奇逊石墨化炉、11.炉底、12.炉墙、13.保温料、14.电阻料、15.圆形坩埚、16.排烟口、17.石油焦。
具体实施方式
实施例1：
本发明一种石墨负极材料碳化新工艺，所述石墨负极材料为包覆料，即负极材料外侧包覆一层沥青，本发明技术方案的创新点是，将传统碳化工艺中使用的专用窑炉替换为传统的艾奇逊石墨化炉，改变以往使用传统窑炉(如图1所示)使用小方匣钵装负极材料，需要耗费大量天然气进行煅烧，并需要氮气进行保护的方式，通过对艾奇逊石墨化炉通电完成炉内的包覆后的负极材料的碳化，包覆后的负极材料通过圆形坩埚放置，整个过程仅消耗电能。
图2示出了艾奇逊石墨化炉的原理图，艾奇逊石墨化炉实际上就是直流电阻炉，炉子等效于一个电阻，整流变压器正负极分别接在炉子的两头电极(炉头电极)上，通电后，电流在炉子内经正极流向负极，图中i所示为电流方向。电流流经炉内的电阻料从而产生热量，对炉子内的圆形坩埚加热，进而实现对圆形坩埚内的负极材料的碳化。
如图2至图6所示，本发明中，所述艾奇逊石墨化炉1呈长方体状，其左右两端分别设置有电极并分别与整流变压器的正负极相连，其包括炉底11以及炉底11四周的炉墙12，该炉底11及炉墙12均使用耐火砖砌筑而成；所述炉底11的上部、炉墙12的内侧以及炉顶均设置有保温料13，该保温料13形成一个长方体空间；所述放置有包覆料的圆形坩埚15分若干层放置于所述保温料13形成的长方体空间内；每一层圆形坩埚15与保温料13之间、各层圆形坩埚15之间以及每一层的各个圆形坩埚15的间隔缝隙之间均填充有电阻料14；因本实施例中所述包覆后的负极材料在碳化过程中产生的烟气较大，为便于烟气的排出，所述炉顶的保温料13上均匀开设有若干排烟口16，每个排烟口16内填充有石油焦17。
本实施例中，为进一步提升所述包覆后的负极材料的碳化效果，所述炉底11上部和炉墙12内侧设置有保温料13的厚度为190mm～210mm，优选200mm，炉顶覆盖的保温料13的厚度≥500mm；所述每一层圆形坩埚15与保温料13之间以及各层圆形坩埚15之间均设置的电阻料14厚度为90mm～110mm，优选100mm。
本实施例中，为进一步提升包覆后的负极材料在碳化过程中烟气的排出，所述炉顶设置有保温料13开设的排烟口16为圆形排烟口，直径为500mm，沿艾奇逊石墨化炉1的长度方向均匀设置，间隔为2m。
本实施例中，所述排烟口内填充的石油焦的粒径在5～30mm之间。
本实施例中，在对包覆后的负极材料进行碳化时，所述艾奇逊石墨化炉1送电后，控制该艾奇逊石墨化炉1均匀慢速升温，最终的碳化温度控制在900℃～1100℃。
实施例2：
如图2至图6所示，在实施例1的基础上，为提高放置有包覆后的负极材料的圆形坩埚的装炉效果，本发明一种石墨负极材料碳化新工艺，每一层的圆形坩埚15呈若干排排列，每排圆形坩埚15紧挨或者间隔平行排列，若间隔排列时，间隔间距为50mm左右，各圆形坩埚15之间形成的间隔内填充电阻料14。这种装炉方式为圆形坩埚的正装方式，每排圆形坩埚的个数根据艾奇逊石墨化炉的宽度而定。
实施例3：
如图2至图8所示，在实施例2的基础上，为进一步提高放置有包覆后的负极材料的圆形坩埚15的装炉效果，所述每一层中的每一排圆形坩埚15与艾奇逊石墨化炉1的长度方向呈60°角。这种装炉方式为圆形坩埚的斜装方式，此种装法的圆形坩埚数量较多，充分利用了炉内的空间，提升了产量。
以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种石墨负极材料碳化新工艺，其特征是，所述石墨负极材料为包覆料，即负极材料外侧包覆一层沥青，该所述包覆料放置于圆形坩埚内；所述石墨负极材料碳化新工艺采用艾奇逊石墨化炉进行；所述艾奇逊石墨化炉呈长方体状，其左右两端分别设置有电极并分别与整流变压器的正负极相连，其包括炉底以及炉底四周的炉墙，该炉底及炉墙均使用耐火砖砌筑而成；所述炉底上部、炉墙内侧以及炉顶均设置有保温料，该保温料形成一个长方体空间；所述放置有包覆料的圆形坩埚分若干层放置于所述保温料形成的长方体空间内；每一层圆形坩埚与保温料之间、各层圆形坩埚之间以及每一层的各圆形坩埚间隔缝隙之间均填充有电阻料；所述炉顶的保温料上均匀开设有若干排烟口，每个排烟口内填充有石油焦。
2.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料碳化新工艺，其特征是，所述艾奇逊石墨化炉送电后，控制该艾奇逊石墨化炉均匀慢速升温，最终的碳化温度控制在900℃～1100℃。
3.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料碳化新工艺，其特征是，所述炉底上部和炉墙内侧设置有保温料的厚度为190mm～210mm，炉顶覆盖的保温料的厚度≥500mm；所述每一层圆形坩埚与保温料之间以及各层圆形坩埚之间均设置的电阻料厚度为90mm～110mm。
4.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料碳化新工艺，其特征是，所述炉顶设置有保温料开设的排烟口为圆形排烟口，直径为500mm，沿艾奇逊石墨化炉长度方向均匀设置，间隔为2m。
5.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料碳化新工艺，其特征是，所述排烟口内填充的石油焦的粒径在5～30mm之间。
6.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料碳化新工艺，其特征是，每一层的圆形坩埚呈若干排排列，每排圆形坩埚紧挨或者间隔平行排列，各圆形坩埚之间形成的间隔内填充电阻料。
7.根据权利要求6所述的一种石墨负极材料碳化新工艺，其特征是，所述每一层中的每一排圆形坩埚与艾奇逊石墨化炉的长度方向呈60°角。
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