CN218202213U - 一种储能器件负极材料生产用连续式石墨化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种储能器件负极材料生产用连续式石墨化炉，特别涉及石墨化炉技术领域。该实用新型包括炉体、石墨管、石墨电极、螺旋进料管、冷却段、星形卸料器、螺旋出料管，采取艾奇逊炉坩埚法加热温度高，石墨化温度高等优势，而且具备连续生产、能耗低、产量高、产品质量稳定、环境友好、加工周期短，可实现自动化生产。

Description

一种储能器件负极材料生产用连续式石墨化炉

技术领域

本实用新型涉及石墨化炉技术领域，特别涉及于一种储能器件负极材料生产用连续式石墨化炉。

背景技术

锂离子电池、超级电容器等储能器件已经广泛适用于各个领域，并且每年增长量呈指数级式增长。艾奇逊炉坩埚法是目前石墨化主流生产工艺，石墨化过程主要包括将负极材料均匀放入石墨坩埚内，再通过天车吊起平放入石墨化炉中，将电阻料放入炉芯处石墨坩埚外围，再包覆保温料，将炉体填满，即完成装炉。将炉体装满后，即进入电加热过程，通过石墨化炉两侧的电极进行通电加热，在炉内达到一定温度后加盖炉顶并设置集气罩，炉内温度将继续升至2800-3000℃，最终将坩埚内含碳物质在高温热处理下，实现减少无定型碳微晶结构边缘杂质，使其具备石墨晶体结构特征。通电加热结束后，将炉顶打开，静置冷却至材料恢复常温，即结束该生产过程。通常情况下，石墨化工序或提纯工序一个周期将达到15-22天。

箱式法大幅提高单炉量，降低能耗，头部负极企业逐步导入。石墨化工艺的关键环节之一是装炉，厢式炉工艺相较于坩埚法可以提高单炉装炉量。厢式炉工艺将整个炉芯空间分成若干个等容积腔室，负极材料直接放置于石墨板材所围成的厢体空间中，石墨板材具有导电性，厢体通电后自身发热，在作为负极材料容器的同时能够达到材料加热的目的。厢式炉工艺避免了负极材料重复装入、装出坩埚工作，且由于厢体自身材质及形状特点，厢体之间无需添加保温电阻料，仅需保留厢体四周与炉壁之间的保温材料，增大了炉内负极材料的有效容积及使用效率。根据璞泰来定增回复函，箱式炉工艺可以使单炉有效容积成倍增加，于此同时总耗电量仅增加约10%，从而带来产品单位耗电降低40%-50%左右。与坩埚装填方式相比，厢式法工艺厢板拼接过程精度较高，装料吸料操作难度加大，加热过程需更加精确地控制送电曲线及温度测量，所以整体对石墨化工艺掌握程度及技术优化水平要求较高。

连续式石墨化具有成本、效率、环保等方面的优势，成为产业化探索新方向。连续式石墨化生产过程中没有断电，石墨原料经过一系列的温区从而实现连续石墨化。其原理是先将备好的粒度为1~30mm的散状石油焦由上料装置送入进料斗，经过干燥、煅烧阶段，将产生的蒸汽和挥发分排出；而后进入高温区完成石墨化；最终进入炉底冷却器，冷却到200~300℃时，打开冷却器底部的闸板出料，自然冷却至室温。连续石墨化具备以下优势：1)热能利用率更高(连续法25%，艾奇逊法10-15%)；2)生产辅料节约，设备法几乎不消耗辅料，艾奇逊法没生产1吨产品大概消耗4吨辅料；3)废气集中处理，对环境友好，连续法生产过程密闭，由专门的辅机收集处理废气，艾奇逊法是敞开式冶炼环境，无法有效收集废气）；4)碳排放很低，设备法仅为艾奇逊法碳排放当量的25%；5)设备法生产组织模式具有连续性，中间产品“不落地”，节省大量人力、运输运转费用。

锂离子电池等储能器件的主要的构件负极材料的生产都是使用艾奇逊炉坩埚法、箱式法，能耗高、产品稳定性和一致性较低等问题，而目前连续石墨化炉存在石墨化温度低、工艺复杂，高温加热完后冷却时间长、效率低的问题。

实用新型内容

（1）技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种储能器件负极材料生产用连续式石墨化炉，包括炉体、石墨管、石墨电极、螺旋进料管、冷却段、星形卸料器、螺旋出料管，所述炉体内贯穿设有多个所述石墨管，所述石墨管周围的所述炉体内充满有电阻料，所述石墨管的周围均匀插入有所述石墨电极，所述螺旋进料管的出口与所述石墨管上端一侧相连通，所述炉体底部设有冷却段，所述冷却段内设有循环冷却水盘管，所述石墨管下端与所述星形卸料器一端相连，所述星形卸料器另一端与所述螺旋出料管的入口相连通，所述螺旋出料管外部设有冷却水套，所述冷却水套与螺旋出料管的外壁之间形成冷却腔体，所述冷却水套上设有与所述冷却腔体相连通的进水口和出水口。

优选地，所述炉体内壁上设有所述保温层。

优选地，所述石墨管上端设有排气孔。

优选地，所述石墨管、所述石墨电极各自的数量至少为3个。

优选地，所述螺旋进料管远离所述石墨管的一端上方设有进料斗。

（2）有益效果

本实用新型提供一种储能器件负极材料生产用连续式石墨化炉，采取艾奇逊炉坩埚法加热温度高，石墨化温度高等优势，而且具备连续生产、能耗低、产量高、产品质量稳定、环境友好、加工周期短，可实现自动化生产。与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、连续式生产，克服原来高温间歇炉效率较低、能耗较高、产能较低、操作较繁琐、生产场景较差的问题。

2、连续化生产，克服原来艾奇逊炉坩埚法、箱式法等，反应不够均匀，物料加热温度不均匀、产品稳定性差、一致性的问题。

3、通过设置冷却段及螺旋出料管外部设有冷却水套实现出料冷却，克服原来高温加热完后冷却时间长、效率低的问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型炉体、石墨管及石墨电极位置分布的俯视图。

附图标记为：1-炉体、2-保温层、3-石墨管、4-石墨电极、5-螺旋进料管、6-冷却段、7-星形卸料器、8-螺旋出料管、81-进水口、82-出水口、9-排气孔、10-物料、11-电阻料。

具体实施方式

结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1、2所示，本实用新型所述的一种储能器件负极材料生产用连续式石墨化炉，包括炉体1、石墨管3、石墨电极4、螺旋进料管5、冷却段6、星形卸料器7、螺旋出料管8，所述炉体1内贯穿设有多个所述石墨管3，所述石墨管3周围的所述炉体1内充满有电阻料11，所述石墨管3的周围均匀插入有所述石墨电极4，所述螺旋进料管5的出口与所述石墨管3上端一侧相连通，所述炉体1底部设有冷却段6，所述冷却段6内设有循环冷却水盘管，所述石墨管3下端与所述星形卸料器7一端相连，所述星形卸料器7另一端与所述螺旋出料管8的入口相连通，所述螺旋出料管8外部设有冷却水套，所述冷却水套与螺旋出料管8的外壁之间形成冷却腔体，所述冷却水套上设有与所述冷却腔体相连通的进水口81和出水口82。

所述炉体1内壁上设有所述保温层2，所述石墨管3上端设有排气孔9，所述石墨管3、所述石墨电极4各自的数量至少为3个，所述螺旋进料管5远离所述石墨管3的一端上方设有进料斗。

实际工作中，锂离子电池等储能器件负极材料（即物料10）经过螺旋进料管5进入石墨管3（石墨管3预先填好物料10），物料10通过自重和出料腾出的空间，可以逐步往下移动，石墨管3周围填装满电阻料11，石墨管3周围均匀插着三根石墨电极4，通电至电阻料11产生焦耳热，可以将温度加热至600-3000℃，对物料10进行煅烧或石墨化处理，煅烧或石墨化好的物料10继续往下移动，经过冷却段6（内设有循环冷却水盘管）进行冷却，再经过星型卸料器7绝氧出料至螺旋出料管8，通过进水口81往冷却腔体内通入冷却水实现对螺旋出料管8内的物料进行冷却，最终得到锂离子负极材料产品。

以上所述的实施例仅表达了对本实用新型优选实施方式，其描述较为具体和详细，但本实用新型不仅限于这些实施例，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说。在未脱离本实用新型宗旨的前提下，所为的任何改进均落在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种储能器件负极材料生产用连续式石墨化炉，其特征在于，包括炉体（1）、石墨管（3）、石墨电极（4）、螺旋进料管（5）、冷却段（6）、星形卸料器（7）、螺旋出料管（8），所述炉体（1）内贯穿设有多个所述石墨管（3），所述石墨管（3）周围的所述炉体（1）内充满有电阻料（11），所述石墨管（3）的周围均匀插入有所述石墨电极（4），所述螺旋进料管（5）的出口与所述石墨管（3）上端一侧相连通，所述炉体（1）底部设有冷却段（6），所述冷却段（6）内设有循环冷却水盘管，所述石墨管（3）下端与所述星形卸料器（7）一端相连，所述星形卸料器（7）另一端与所述螺旋出料管（8）的入口相连通，所述螺旋出料管（8）外部设有冷却水套，所述冷却水套与螺旋出料管（8）的外壁之间形成冷却腔体，所述冷却水套上设有与所述冷却腔体相连通的进水口（81）和出水口（82）。

2.根据权利要求1所述的一种储能器件负极材料生产用连续式石墨化炉，其特征在于，所述炉体（1）内壁上设有保温层（2）。

3.根据权利要求1所述的一种储能器件负极材料生产用连续式石墨化炉，其特征在于，所述石墨管（3）上端设有排气孔（9）。

4.根据权利要求1所述的一种储能器件负极材料生产用连续式石墨化炉，其特征在于，所述石墨管（3）、所述石墨电极（4）各自的数量至少为3个。

5.根据权利要求1所述的一种储能器件负极材料生产用连续式石墨化炉，其特征在于，所述螺旋进料管（5）远离所述石墨管（3）的一端上方设有进料斗。

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