CN201882914U - 锂离子电池用石墨负极材料高温石墨化碳管炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池用石墨负极材料高温石墨化碳管炉,涉及高温石墨化碳管炉领域，它包括支架，装在该支架上的炉体，加热该炉体的升温加热系统，冷却该炉体的循环冷却水系统；所述炉体内设有中空石墨管，该中空石墨管的两端分别与进料管和出料管相连；所述升温加热系统的结构为，一配电器,该配电器通过导线分别与设置在所述炉体两端的电极相连。本实用新型升温、降温速度快；石墨材料在烧制过程中可以连续式推进，生产速度更快，生产效率高，且成本低。本实用新型可用于烧制锂离子电池用负极材料，包括天然石墨和人造石墨，以及其他需要烧制温度2000℃以上的材料。

Description

锂离子电池用石墨负极材料高温石墨化碳管炉

技术领域

本实用新型涉及一种高温石墨化碳管炉炉体，更具体说是一种锂离子电池用石墨负极材料高温石墨化碳管炉。

背景技术

目前，锂离子电池用石墨负极材料高温石墨化，通用的方法是用艾奇逊型石墨化炉和内热式串接石墨化炉。

中国专利CN200610072517公开了一种艾奇逊型石墨化炉，该艾奇逊型石墨化炉是使炭化后炭质材料（炭化物）石墨结晶发达的一种热处理炉，在炭化物的周围填充填料焦炭，间接通电利用焦炭的电阻发热，最终使被加热物本身也产生电阻发热的石墨化炉。每台艾奇逊型石墨化炉炭化物的装入量约为10—100吨，在耐火砖制的长方形炉体内将炭化物纵向或横向并列，周围充满填料焦炭，在其外围再用焦粉、炭黑、硅砂,焦炭,碳化硅混合物等衬料进行热屏蔽以隔热，在炭化物周围充满填料焦炭，对焦炭在炉体的长度方向通电升温至3000℃左右。由于艾奇逊型石墨化炉要加热大量的填料焦炭，故而电力单耗比其它类型的LWG炉多25%以上。所耗电能按变量单耗为20—40GJ/T，随处理材料的品种，大小等有所不同。石墨化过程在通电加热时只需2—7天，但还要使大量的填料焦炭冷却，故要2周左右的较长时间。

中国专利CN200420029679.9公开了一种内热式串接石墨化炉，该内热式串接石墨化炉是一种不用电阻料、电流直接通过由数根焙烧品纵向串接的电极柱产生高温使焙烧品石墨化的设备。19世纪末，美国人喀斯特纳发明了内热串接石墨化，经过西方国家多年的努力，先后解决了串接、加压和通电技术，20世纪80年代开始，西德、美国、日本等国的碳素厂生产大规格高功率、超高功率电极多数都采用内热串接石墨化工艺，内热串接石墨化炉比艾奇逊炉节约电能。节能的主要原因是内热串接石墨化炉完全利用装入的焙烧半成品的自身电阻发热，而艾奇逊石墨化炉大量电力用于加热电阻料，主要由电阻料的电阻发热使焙烧品达到高温。

发明内容

针对现有高温石墨化炉升温速度慢、空气冷却速度慢及不能连续化生产的缺陷，本实用新型旨在提拱一种锂离子电池用石墨负极材料高温石墨化碳管炉，该石墨化碳管炉在烧制过程中升温速度快、冷却速度快、可实现连续式生产，效率高。

为实现上述的目的，本实用新型采用的技术方案是：所述锂离子电池用石墨负极材料高温石墨化碳管炉包括支架，装在该支架上的炉体，加热该炉体的升温加热系统，其特点是，还包括冷却该炉体的循环冷却水系统；所述炉体内设有中空石墨管，该中空石墨管的两端分别与进料管和出料管相连；所述升温加热系统的结构为，一配电器,该配电器通过导线分别与设置在所述炉体两端的电极相连。

所述中空石墨管外套有碳黑保温层，该碳黑保温层外套有石棉保温层；所述炉体外套有保温水套，该炉体顶部设有至少一个保温材料进料口。

所述进料管内设有推杆，该进料管上设有废气出口，该进料管外部分套装有保温水套。

所述出料管外套装有冷却水套，该出料管上设有保护气入口。

所述炉体与进料管之间由三片法兰连接，相邻两法兰之间设有绝缘层；所述电极设在在绝缘层和中间的法兰之间。所述炉体与进料管之间由三片法兰连接，相邻两法兰之间设有绝缘层；所述电极设在在绝缘层和中间的法兰之间。

所述中空石墨管与电极之间由群套联接，群套起联接和支撑作用，能延长高温中空石墨管的使用寿命。

所述高温石墨化碳管炉还包括一循环冷却水系统，该循环冷却水系统的结构为，所述进料管外部分套装有保温水套，所述保温水套下端设有水套循环水入口、保温水套上端设有水套循环水出口；连接中空石墨管与电极的群套外套有连接水套，该连接水套下端设有法兰连接处水套循环水入口，连接水套上端设有法兰连接处水套循环水出口；用于连接中空石墨管与进料管和出料管的述法兰外设有法兰降温水套，该法兰降温水套下端设有法兰降温水套循环水入水口，法兰降温水套上端设有法兰降温水套循环水出水口；炉体外套有保温水套，该炉体保温水套下端设有炉身水套循环水入水口，炉体保温水套上端设有炉身水套循环水出水口；所述出料管外套装有冷却水套，该冷却水套下端设有炉尾降温区水套循环水入水口，该冷却水套上端设有炉尾降温区水套循环水出水口。

进一步地，所述炉体顶部设有至少一个保温材料进料口，该炉顶部进保温材料进料口外设有保温料入料口水套，该保温料入料口水套下端设有保温料入口循环水入水口，该保温料入料口水套上端设有保温料入口循环水出水口。

工作时，由配电器输送出大电流3000—6000A，通过铜导线，进入铜电极，通过中空高温石墨管，利用大电流进行加热，此加热方式加热温度最高可达到2800-3000℃，温度达到要求值后，石墨负极材料可装入石墨舟从入料管进入，再将石墨舟慢慢推入炉体内，停留规定时间后，再慢慢从出料管边冷却边推出，出来的石墨材料就是经过高温石墨化的锂离子电池负极材料。

通过以上的叙述可知，本实用新型的炉体，由于将进料管、中空石墨管和出料管设置在一条直接上，形成了可以连续式生产的石墨化炉，且整个系统利用了水循环系统，使得升温速度快，降温速度快，提高了生产速度，克服了一般石墨化炉升温速度慢、空气冷却速度慢及不能连续化生产的缺点，使得生产工艺更加简单。

与目前应用最多的艾奇逊石墨化炉相比，本实用新型的生产周期更短，从进料到出料，不到24小时；在耗能上，由于冷却时间更短，比艾奇逊石墨化炉节能30—40%；在生产灵活性上更具有优势，此种石墨化碳管炉可以小批量生产，随时可以停止生产。

附图说明

以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步阐述。

图1是本实用新型所述高温石墨化碳管炉的结构示意图；

图2是本实用新型所述的循环冷却水系统示意图；

图3是图1的左视图。

在图中：

1-炉头推进区、  2-炉身高温区、  3-炉尾降温区、

4-配电器、  5-推杆、  6-入料口、  7-废气出保护气入口、

8-保温水套、  9,14,28,33,64,68-法兰、  10,15,27,32-绝缘层、

11,31-电极、  12,30-连接处水套、         13,29-法兰降温水套、

16-碳黑保温层、  17-炉身水套、  18,21-炉顶部进保温材料进料口、

19,20,22,23-保温料入料口水套、        24-高温中空石墨管、

25-群套、       26-三层石棉保温层、        34-降温通道、

35-冷却水套、   36-保护气入废气出口、  37-出料口、

38-铜导线、  39-推进区水套循环水入口、  40-推进区水套循环水出口、

41,57-法兰连接处水套循环水入口、42,58-法兰连接处水套循环水出口、

43,55-法兰降温水套循环水入水口、 44,56-法兰降温水套循环水出水口、

45-炉身水套循环水入水口、       46-炉身水套循环水出水口、

47,51,50,53-炉身保温料入口循环水入水口、     61-支架、

48,52,49,54-炉身保温料入口循环水出水口、     70-进料管、

59-炉尾降温区水套循环水入水口、  60-炉尾降温区水套循环水出水口。

具体实施方式

一种锂离子电池用石墨负极材料高温石墨化碳管炉炉体，参照附图1和3所示，包括支架61，装在该支架61上的炉体，加热该炉体的升温加热系统，还包括冷却该炉体的循环冷却水系统；所述炉体内设有中空石墨管24，该中空石墨管24的两端分别与进料管70和出料管34相连；所述升温加热系统的结构为，一配电器4，该配电器4通过导线分别与设置在所述炉体两端的电极11，31相连，所述电极11，31优选为铜电极。

为便于进一步描述，将整个加热区域分为三段：炉头推进区1、炉体高温区2和炉尾降温区3。炉头推进区1包括推杆5、入料口6、废气出口7、保温水套8。炉体高温区2包括高温中空石墨管24、群套25、碳黑保温层16、三层石棉保温层26、炉体保温水套17、炉顶部保温材料进料口18，21、两端铜电极11，31及法兰。炉尾降温区3包括出料管34、冷却水套35、保护气入口36和出料口37。

炉头推进区1与炉体高温区2的对接由法兰连接，并且中间有绝缘层和铜电极11，连接顺序是法兰9、绝缘层10、铜电极11、法兰14、绝缘层15、法兰64。炉体高温区2与炉尾降温区3的对接也由法兰连接，并且中间也有绝缘层和铜电极31，连接顺序是法兰68、绝缘层27、法兰28、铜电极31、绝缘层32、法兰33。法兰14,28外设有法兰降温水套13，29。

炉体上设有保温水套17、紧靠保温水套17的是三层石棉保温层26，最里面的炭黑保温层16，两个保温材料进料口18，21在炉体顶部。

所述升温加热系统由配电器4、铜导线38、铜电极11，31、群套25、高温中空石墨管24组成。所述中空石墨管24与铜电极11,31之间由群套25联接。

参照附图2，所述外循环冷却水系统包括推进区保温水套8、连接水套12，30、炉体保温水套17、保温料入料口水套19，20，22，23、降温水套35。

如图2所示，所述循环冷却水系统的结构为，保温水套8下端设有水套循环水入口39、保温水套8上端设有水套循环水出口40；连接水套12，30下端设有法兰连接处水套循环水入口41，57，连接水套12，30上端设有法兰连接处水套循环水出口42，58；法兰降温水套13，29下端设有法兰降温水套循环水入水口43,55，法兰降温水套13，29上端设有法兰降温水套循环水出水口44,56。所述炉体保温水套17下端设有炉身水套循环水入水口45，炉体保温水套17上端设有炉身水套循环水出水口46。

所述炉顶部进保温材料进料口18,21外设有保温料入料口水套19,20,22,23、该保温料入料口水套19,20,22,23下端设有保温料入口循环水入水口47,51,50,53，该保温料入料口水套19,20,22,23上端设有保温料入口循环水出水口48,52,49,54。所述冷却水套35下端设有炉尾降温区水套循环水入水口59，该冷却水套35上端设有炉尾降温区水套循环水出水口60。

本实用新型可以烧制锂离子电池用负极材料，包括天然石墨和人造石墨，以及其他需要烧制温度2000℃以上的材料。

Claims (8)

1.一种锂离子电池用石墨负极材料高温石墨化碳管炉，包括支架（61），装在该支架（61）上的炉体，加热该炉体的升温加热系统，其特征在于，还包括冷却该炉体的循环冷却水系统；所述炉体内设有中空石墨管（24）,该中空石墨管（24）的两端分别与进料管（70）和出料管（34）相连；所述升温加热系统的结构为，一配电器（4），该配电器（4）通过导线分别与设置在所述炉体两端的电极（11，31）相连。

2.根据权利要求1 所述的高温石墨化碳管炉，其特征在于，所述中空石墨管（24）外套有碳黑保温层（16），该碳黑保温层（16）外套有石棉保温层（26）。

3.根据权利要求1 或2 所述的高温石墨化碳管炉，其特征在于，所述进料管（70）内设有推杆（5），该进料管（70）上设有废气出口（7），所述出料管（34）上设有保护气入口（36）。

4.根据权利要求1 或2 所述的高温石墨化碳管炉，其特征在于，所述炉体与进料管（70）之间由三片法兰（9，14，64）连接，相邻两法兰之间设有绝缘层（10，15）； 所述电极（11）设在在绝缘层（10）和中间的法兰（14）之间。

5.根据权利要求1 或2 所述的高温石墨化碳管炉，其特征在于，所述炉体与出料管（34）之间由三片法兰（33，28，68）连接，相邻两法兰之间设有绝缘层（27，32）；所述电极（31）设在在绝缘层（32）和中间的法兰（28）之间。

6.根据权利要求1 或2 所述的高温石墨化碳管炉，其特征在于，所述中空石墨管（24）与电极（11,31）之间由群套（25）联接。

7.根据权利要求1 或2 所述的高温石墨化碳管炉，其特征在于，所述循环冷却水系统的结构为：

所述进料管（70）外部分套装有保温水套（8）,所述保温水套（8）下端设有水套循环水入口（39）、保温水套（8）上端设有水套循环水出口（40）；

连接中空石墨管（24）与电极（11,31）的群套（25）外套有连接水套（12,30）,该连接水套（12，30）下端设有法兰连接处水套循环水入口（41，57），连接水套（12,30）上端设有法兰连接处水套循环水出口（42，58）；

用于连接中空石墨管（24）与进料管（70）和出料管（34）的法兰（14，28）外设有法兰降温水套（13，29），该法兰降温水套（13，29）下端设有法兰降温水套循环水入水口（43,55），法兰降温水套（13，29）上端设有法兰降温水套循环水出水口（44,56）；

所述炉体外套有保温水套（17），该炉体保温水套（17）下端设有炉身水套循环水入水口（45），炉体保温水套（17）上端设有炉身水套循环水出水口（46）；

所述出料管（34）外套装有冷却水套（35），该冷却水套（35）下端设有炉尾降温区水套循环水入水口(59)，该冷却水套（35）上端设有炉尾降温区水套循环水出水口（60）。

8.根据权利要求7所述的高温石墨化碳管炉，其特征在于，所述炉体顶部设有至少一个保温材料进料口（18，21），该炉顶部进保温材料进料口（18,21）外设有保温料入料口水套（19,20,22,23），该保温料入料口水套（19,20,22,23）下端设有保温料入口循环水入水口（47,51,50,53），该保温料入料口水套（19,20,22,23）上端设有保温料入口循环水出水口（48,52,49,54）。

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