CN223823385U - 石墨化炉和电池的制备装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种石墨化炉和电池的制备装置。该石墨化炉包括：炉体，设置有物料通道；第一电极，沿第一方向延伸并穿过所述物料通道，所述第一方向垂直于所述物料通道的延伸方向；第二电极，与所述第一电极间隔设置且围绕所述物料通道设置；其中，第一电极和第二电极的极性相反，所述第一电极的至少一部分表面与所述第二电极的至少一部分表面相对设置，所述第一电极的至少一部分表面与所述第二电极的至少一部分表面之间形成了所述物料通道的一部分。本申请实施例的石墨化炉和电池的制备方法，能够提高产品的一致性。

Description

石墨化炉和电池的制备装置

技术领域

本申请涉及石墨加工技术领域，特别是涉及一种石墨化炉和电池的制备装置。

背景技术

碳质材料的碳原子为不规则排列，只有通过高温热处理，使碳原子发生再结晶，重新有序排列，才能呈现出石墨的晶体结构，从而具有石墨的许多优良性能，如导电性和导热性显著提高，化学和热稳定性更好，杂质减少，硬度降低，更易于机械加工等等。石墨化炉的功能就是使碳质材料转化为人造石墨材料，例如为钢铁冶炼、铝冶炼、负极材料、其它有色金属行业、核工业等提供优质碳元素的石墨材料。

传统的石墨化炉存在无法集中加热，产品一致性差的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种石墨化炉和电池的制备装置，能够提升产品的一致性。

第一方面，提供了一种石墨化炉，包括：炉体，设置有物料通道；第一电极，沿第一方向延伸并穿过物料通道，第一方向垂直于物料通道的延伸方向；第二电极，与第一电极间隔设置且围绕物料通道设置；其中，所述第一电极和所述第二电极极性相反，第一电极的至少一部分表面与第二电极的至少一部分表面相对设置，第一电极的至少一部分表面与第二电极的至少一部分表面之间形成了物料通道的一部分。

在该实施例中，第一电极的至少部分表面与第二电极的至少部分表面相对设置，使得核心加热区域分布在第一电极的至少部分表面和第二电极的至少部分表面之间，并且由于第一电极的至少部分表面和第二电极的至少部分表面之间形成了物料通道的一部分，即物料在炉体内沿物料通道的延伸方向流动时必然会经过第一电极的至少部分表面和第二电极的至少部分表面之间的核心加热区域，从而有利于使得物料在石墨化炉内的石墨化程度保持一致，提高了产品的一致性。

在一种可能的实现方式中，第一电极的第一表面和第二电极的第二表面沿物料通道的径向相对设置。

在该实施例中，第一电极的第一表面与第二电极的第二表面相对设置，使得核心加热区域分布在第一表面与第二表面之间，另外，由于第一表面和第二表面沿物料通道的径向相对设置，使得物料在沿延伸方向流动时必然会经过该第一表面和第二表面之间的核心加热区域，从而可以使得物料在石墨化炉内的石墨化程度保持一致，提高了产品的一致性。

在一种可能的实现方式中，第一表面和第二表面相互平行，和/或，第一表面和第二表面均平行于物料通道的延伸方向。

在该实施例中，将第一表面和第二表面设置成相互平行，和/或，第一表面和第二表面均平行于物料通道的延伸方向，使得第一表面和第二表面之间形成的电场分布均匀，从而使得第一表面和第二表面之间的各处物料的加热程度一致，提高了产品的一致性；另外，由于在第一表面和第二表面之间形成的电场分布均匀，也能够减少在第一表面和第二表面之间的各处物料由于温度不一致所导致的结焦，从而可以提高炉内物料的流动性。

在一种可能的实现方式中，第二电极包括沿物料通道的径向延伸的至少一对电极柱，至少一对电极柱中的每对电极柱中的两个电极柱分别设置在第一电极的两侧。

在该实施例中，第二电极包括成对设置的电极柱，可以增大物料的加热区域，有利于使得各处物料均受到加热，从而可以提高产品的一致性。

在一种可能的实现方式中，每对电极柱中的两个电极柱相对于第一电极对称设置。

在该实施例中，每对电极柱中的两个电极柱相对于第一电极对称设置，能够使得每对电极柱中的两个电极柱与第一电极之间形成的两个加热区域相对于第一电极对称，有利于在成对控制电极柱时可以使得两个对称的加热区域的电场分布均匀，从而可以提高物料在经过两个对称的加热区域的受热均匀性，使得产品的一致性得到了提高。

在一种可能的实现方式中，沿所述物料通道的周向，在炉体内的第二电极和第一电极之间设置有绝缘件。

在该实施例中，沿物料通道的周向，在第一电极和第二电极之间设置绝缘件，一方面可以限制物料通道，使得物料只能通过第一表面和第二表面之间的加热区域，提高了产品的一致性；另一方面，还可以减少在石墨化区域之外的区域形成电场的可能性。

在一种可能的实现方式中，石墨化炉还包括：第三电极，与第一电极沿物料通道的延伸方向间隔设置，第三电极围绕物料通道设置，所述第三电极和所述第一电极极性相反。

在一种可能的实现方式中，第一电极的第三表面和第三电极的第四表面沿物料通道的延伸方向相对设置，第三表面和第四表面之间形成了物料通道的一部分。

在该实施例中，第一电极的第一表面与第二电极的第二表面沿物料通道的径向相对设置，并且第一电极的第三表面和第三电极的第四表面沿物料通道的延伸方向相对设置，使得物料在流动过程中既能够在第一表面与第二表面之间进行加热，又能够在第三表面与第四表面之间进行加热，从而可以提高物料的石墨化程度。

在一种可能的实现方式中，第三表面和第四表面相互平行，和/或，第三表面和第四表面均垂直于物料通道的延伸方向。

在该实施例中，将第三表面和第四表面设置成相互平行，和/或，第三表面和第四表面均平行于物料通道的延伸方向，使得第三表面和第四表面之间形成的电场分布均匀，从而使得第三表面和第四表面之间的各处物料的加热程度一致，提高了产品的一致性。

在一种可能的实现方式中，第三电极包括电极环，电极环围绕物料通道设置，第四表面的形状为环形。

在该实施例中，第三电极包括电极环，并且电极环围绕物料通道设置，可以使得第一电极和第三电极之间的加热区域围绕物料通道的整个周向设置，提高了物料在流动过程中的受热均匀性，使得产品的一致性得到了提高。

在一种可能的实现方式中，第三表面在垂直于物料通道的延伸方向的平面上的正投影完全覆盖第四表面在平面上的正投影。

在该实施例中，第三表面在垂直于物料通道的延伸方向的平面上的正投影完全覆盖第四表面在垂直于物料通道的延伸方向的平面上的正投影，有利于在增大第一电极与第三电极之间的加热区域的同时还能够尽可能地增大物料在第三电极内的流动性。

在一种可能的实现方式中，第三表面在垂直于物料通道的延伸方向的平面上的投影面积为S1，第四表面投影在垂直于物料通道的延伸方向的平面上且与第三表面重叠的部分的面积的为S2，其中，S2与S1之比为0.2～0.5。

在该实施例中，若S2与S1之比小于，可能会导致第三表面和第四表面之间的加热区域较小，起不到物料在第一电极和第三电极之间进一步加热的效果；若S2与S1之比大于0.5，可以会导致电极环内的空腔过小，不足以使得物料能够在该空腔内顺畅流过；而将S2与S1之比设置为0.2～0.5，有利于均衡物料的加热效果与物料的流动性。

在一种可能的实现方式中，S2与S1之比为1/3。

在该实施例中，将S2与S1之比设置为1/3，能够使得物料的加热效果和物料的流动性达到均衡。

在一种可能的实现方式中，第一电极为方形柱状电极，在第二方向上，第一电极的尺寸与电极环的内径之比为1.2～2，第二方向垂直于第一方向且第二方向垂直于物料通道的延伸方向。

在该实施例中，在第二方向上，若第一电极的尺寸与电极环的内径之比小于1.2，则可能会导致第三表面和第四表面之间的加热区域较小，起不到物料在第一电极和第三电极之间进一步加热的效果；而若第一电极的尺寸与电极环的内径之比大于2，则可能会导致电极环内的空腔过小，不足以使得物料能够在该空腔内顺畅流过，而将第一电极的尺寸与电极环的内径之比设置为1.2～2，有利于均衡物料的加热效果与物料的流动性。

在一种可能的实现方式中，在该第二方向上，第一电极的尺寸与电极环的内径之比为1.5～2。

在该实施例中，在第二方向上，将第一电极的尺寸与电极环的内径之比设置为1.5～2，能够使得物料的加热效果和物料的流动性达到均衡。

在一种可能的实现方式中，第一表面和第二表面之间的距离与第三表面和第四表面之间的距离之比为0.2～1。

在该实施例中，若第一表面和第二表面之间的距离与第三表面和第四表面之间的距离之比小于0.2，可能会导致第三表面与第四表面之间的距离过大造成第三表面与第四表面之间的电场太弱，起不到物料在第一电极和第三电极之间进一步加热的效果；若第一表面和第二表面之间的距离与第三表面和第四表面之间的距离之比大于1，可能会导致物料在流经第一表面和第二表面之间的加热区域之后来不及在第三表面和第四表面之间的加热区域内进行加热就流出，同样起不到物料在第一电极和第三电极之间进一步加热的效果；而将第一表面和第二表面之间的距离与第三表面和第四表面之间的距离之比设置为0.2～1，有利于提高物料在第三表面和第四表面之间进行加热的效果。

在一种可能的实现方式中，第一表面和第二表面之间的距离与第三表面和第四表面之间的距离之比为0.5～1。

在该实施例中，将第一表面和第二表面之间的距离与第三表面和第四表面之间的距离之比设置为0.5～1，能够提高物料在第三表面和第四表面之间进行加热的效果，从而提高了物料的石墨化程度。

在一种可能的实现方式中，第二电极相比于第三电极更靠近物料通道的入口。

在一种可能的实现方式中，第一电极的第一表面与第二电极的第二表面沿物料通道的延伸方向相对设置。

在一种可能的实现方式中，石墨化炉还包括：炉体内衬，围绕炉体的内壁设置；其中，第一电极和第二电极均穿过炉体内衬与炉体外的电源连接。

在该实施例中，围绕炉体的内壁设置炉体内衬，可以对炉体内的高温起到隔热保温效果。

在一种可能的实现方式中，炉体内衬包括：保温层和耐温层，耐温层围绕保温层设置，且保温层的导热系数低于耐温层的导热系数。

在该实施例中，设置多层保温隔热炉衬层，可以提升石墨化炉的使用寿命，另外，将保温层的导热系数设置成比耐温层的导热系数低，可以在提升保温效果的同时还能够降低石墨化炉的成本。

在一种可能的实现方式中，第一电极为石墨电极，和/或，第二电极为石墨电极。

在一种可能的实现方式中，物料通道的延伸方向为竖直方向。

第二方面，提供了一种电池的制备装置，包括第一方面及其第一方面中任一种实现方式中的石墨化炉，该石墨化炉用于制备电池的负极材料。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。

图1是一种石墨化炉的主视图。

图2是本申请一实施例的石墨化炉的示意性俯视图。

图3是本申请一实施例提供的石墨化炉的示意性截面图。

图4是本申请另一实施例提供的石墨化炉的示意性截面图。

图5是本申请另一实施例的石墨化炉的示意俯视图。

图6是本申请再一实施例提供的示意性截面图。

图7是本申请再一实施例的石墨化炉的示意俯视图。

图8是本申请实施例的电池的制备装置的示意性框图。

在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

随着新能源动力的发展，锂离子电池越来越被投资者青睐，碳负极材料作为锂离子电池的关键组成部分，其市场也面临井喷式发展。碳负极材料生产过程中的一个关键步骤就是石墨化。石墨化就是指在高温下碳原子由杂乱不规则排列转变为规则排列的六方平面网状结构，即石墨微晶结构，其目的是获得石墨高导电、高导热、耐腐蚀、耐摩擦等的性能。在石墨化过程中，温度越高，石墨微晶结构发育越完善，从而石墨化程度提高。完成石墨化的设备我们称作石墨化炉。

传统的石墨化炉中的电极对包括在物料通道的中心处竖直放置的柱状电极和位于炉体中下部且水平放置的环形电极，柱状电极为正电极，而环形电极为负电极，在正电极的下表面和负电极的内表面之间形成伞形或锥台形石墨化区域，在经过该石墨化区域后，物料能够实现石墨化。在该电极对的布置方式下，正电极正下方的部分区域的电场相比于正电极下方偏两侧的电场更密集一些，从而导致核心加热区域集中在正电极的正下方的部分区域，而物料在物料通道中流动时一部分会经过该正电极正下方的部分区域，另一部分则通过正电极下方偏两侧的区域，导致物料在该石墨化炉内的石墨化程度不一致，从而导致产品的一致性较差。

因此，本申请实施例提供了一种石墨化炉，第一电极的至少部分表面与第二电极的至少部分表面相对设置，使得核心加热区域分布在第一电极的至少部分表面和第二电极的至少部分表面之间，并且由于第一电极的至少部分表面和第二电极的至少部分表面之间形成了物料通道的一部分，即物料在物料通道流动时必然会经过第一电极的至少部分表面和第二电极的至少部分表面之间的核心加热区域，从而可以使得物料在石墨化炉内的石墨化程度保持一致，可以提高产品的一致性。

图1示出了一种石墨化炉100的主视图。如图1所示，该石墨化炉100的主体为竖式布置，主要包括炉体1和设置在炉体1的各种功能单元。具体地，如图1所示，该石墨化炉可以包括上料单元、直流供电单元以及冷却出料单元。

该上料单元主要包括料仓2和料管3。该料仓2设置在炉体1的上方，料仓2通过料管3与炉体上的进料口连接。可选地，在料仓2和料管3的连接处还可以设置物料切断阀4，以控制物料在物料通道12内的流动。

可选地，进入石墨化炉100的物料为可石墨化的碳质材料，如石油焦、煤焦炭以及沥青等，物料进入石墨化炉之后经历预热、煅烧、石墨化、冷却四个阶段，完成石墨化过程，获得负极材料产品，过程中逸出挥发分尾气。

可选地，该料仓2的数量可以是2个、4个或多个。在炉体1的上方均匀分布。

该直流供电单元可以包括正电极5、负电极6以及直流变压器7。如图1所示，该正电极5可以沿炉体1上方的开口伸入炉内并且悬吊于物料通道12中，负电极6可以设置在炉体1的中下部。可选地，负电极6的数量可以是至少一对，每一对呈180度均布。可选地，负电极6可以沿物料通道12的径向分布在炉体1的同一高度。

直流变压器7可以给炉体1进行供电，供电功率可以控制在600～1200kW。正电极5和负电极6可以给经过电极之间的物料施加电压，直流电从直流变压器7的正极流经物料，物料靠自身电阻释放焦耳热，使炉芯温度在3000℃之上，从而在正电极5和负电极6之间形成稳定的温度场。通过物料的电流，再由负电极6回到直流变压器7的负极，形成电流流通回路。

可选地，该直流供电单元还可以包括固定抱闸8、导电件9、电缆10和铜排11。该正电极5由固定抱闸抱紧固定在炉体1的正上方。该导电件9固定在固定抱闸8的下方，对正电极5导通电流，由电缆10接至铜排11，并由铜排11连接直流变压器7的正极和负极两端。

可选地，正电极5和负电极6可以是石墨电极。

冷却出料单元主要用于对石墨化后的物料进行冷却。具体地，如图1所示，该冷却出料单元可以包括低温冷却段13，该低温冷却段13可以为水冷夹套，该低温冷却段13还可以设置有进水口14和出水口15，冷却介质可以是循环水。

可选地，该石墨化炉100还可以包括炉体加热单元(图中未示出)。例如，炉盖和炉体内衬。炉盖可以设置在炉体1的上部以封闭隔热，炉体内衬则围绕炉体1的内壁设置，可以对炉芯高温起到隔热保温效果。

图2示出了本申请一实施例提供的石墨化炉200的示意性俯视图。如图2所示，该石墨化炉200包括：炉体210、第一电极220和第二电极230；炉体210设置有物料通道211；第一电极220沿第一方向X延伸并穿过物料通道211，该第一方向X垂直于物料通道211的延伸方向Z(参见图3)；第二电极230与第一电极220间隔设置并且围绕物料通道211设置；其中，该第一电极220和第二电极230的极性相反，第一电极220的至少一部分表面和第二电极230的至少一部分表面相对设置，该第一电极220的至少一部分表面和第二电极230的至少一部分表面之间形成了物料通道211的一部分。

首先，需要解释以下几点：

其一，该第一电极220和第二电极230的极性相反，可以理解为，在第一电极220和该第二电极230之间可以形成从正电极到负电极的电场。其二，该第一电极220与第二电极230间隔设置，是指该第一电极220和第二电极230之间具有间隙，能够形成对物料进行加热的石墨化区域，下文中也称为加热区域。其三，第一电极220穿过物料通道211是指第一电极220在第一方向X上跨过整个物料通道211。其四，该第一电极220的至少一部分表面和第二电极230的至少一部分表面相对设置可以是指第一电极220的至少一部分表面和第二电极230的至少一部分表面在某一方向上的投影至少部分重叠。可选地，该第一电极220的至少一部分表面和第二电极230的至少一部分表面可以都是平面，也可以都是曲面，或者，其中一个为平面，另外一个为曲面。最后，该第一电极220的至少一部分表面和第二电极230的至少一部分表面之间形成了物料通道211的一部分，可以理解为，物料在炉体210内沿物料通道211的延伸方向Z流动时必然会经过第一电极220的至少一部分表面和第二电极230的至少一部分表面之间的区域。

可选地，在一种实施例中，该第一电极220可以是正电极，该第二电极230可以是负电极。可选地，在另一种实施例中，该第一电极220可以是负电极，该第二电极230可以是正电极。也就是说，本申请实施例中的第一电极220和第二电极230的极性可以置换。

可选地，若该石墨化炉200呈竖直方式布置，即物料通道211的延伸方向Z为竖直方向，则该第一电极220呈水平设置，该第二电极230也呈水平设置。若该石墨化炉200呈水平方式布置，即物料通道211的延伸方向Z为水平方向，则该第一电极220呈竖直设置，该第二电极230也呈竖直设置。为了便于理解，以下实施例中的“上”，“下”等术语的使用均以石墨化炉200是竖式石墨化炉为例进行描述。

在该实施例中，第一电极220的至少部分表面与第二电极230的至少部分表面相对设置，使得核心加热区域分布在第一电极220的至少部分表面和第二电极230的至少部分表面之间，并且由于第一电极220的至少部分表面和第二电极230的至少部分表面之间形成了物料通道211的一部分，即物料在炉体210内沿物料通道211的延伸方向Z流动时必然会经过第一电极220的至少部分表面和第二电极230的至少部分表面之间的核心加热区域，从而有利于使得物料在石墨化炉内的石墨化程度保持一致，提高了产品的一致性。

图3示出了本申请一实施例的石墨化炉200的示意性截面图。

可选地，如图3所示，该第一电极220的第一表面221和第二电极230的第二表面231沿物料通道211的径向Y相对设置，该第一表面221和第二表面231之间形成了物料通道211的一部分。换句话说，物料在炉体210内沿物料通道211的延伸方向Z流动时必然会经过第一电极220的第一表面221和第二电极230的第二表面231之间的区域2111。

在该实施例中，第一电极220的第一表面221与第二电极230的第二表面231相对设置，使得加热区域分布在第一表面221与第二表面231之间，另外，由于第一表面221和第二表面231沿物料通道的径向Y相对设置，使得物料在沿延伸方向Z流动时必然会经过该第一表面221和第二表面231之间的加热区域，从而可以使得物料在石墨化炉内的石墨化程度保持一致，提高了产品的一致性。

图4示出了本申请另一实施例的石墨化炉200的示意性截面图。其中，图4中的第一电极220在炉体210内的布置方式与图2和图3中的相同。

可选地，如图4所示，该第一电极220的第一表面221和第二电极230的第二表面231沿物料通道211的延伸方向Z相对设置，该第一表面221和第二表面231之间形成了物料通道211的一部分。换句话说，物料在炉体210内沿物料通道211的延伸方向Z流动时必然会经过第一电极220的第一表面221和第二电极230的第二表面231之间的区域2111，该区域2111为炉体210内的加热区域。

在该实施例中，第一电极220的第一表面221与第二电极230的第二表面231相对设置，使得加热区域分布在第一表面221与第二表面231之间，另外，由于第一表面221和第二表面231之间形成了物料通道211的一部分，从而使得物料在物料通道211流动时必然会经过第一表面221和第二电极230的第二表面231之间的加热区域，从而有利于使得物料在石墨化炉内的石墨化程度保持一致，提高了产品的一致性。

可选地，在本申请实施例中，第一表面221和第二表面231可以相互平行。例如，该第一表面221和第二表面231可以均为平面，并且该第一表面221上的任一点到该第二表面231之间的距离都相等。再例如，该第一表面221和第二表面231可以均为弧面，并且该第一表面221所在的圆面和第二表面231所在的圆面同轴。

例如，第一电极220为方形柱状电极，则第一表面221为平面，第二电极230的第二表面231可以设置为平面。再例如，第一电极220为圆柱状电极，则第一表面221为弧面，第二电极230的第二表面231可以设置为弧面。

在该实施例中，将第一表面221和第二表面231设置成相互平行，使得第一表面221和第二表面231之间形成的电场分布均匀，从而使得第一表面221和第二表面231之间的各处物料的加热程度一致，提高了产品的一致性；另外，由于在第一表面221和第二表面231之间形成的电场分布均匀，也能够减少在第一表面221和第二表面231之间的各处物料由于温度不一致所导致的结焦，从而可以提高炉内物料的流动性。

可选地，在图3所示的实施例中，该第一表面221和第二表面231可以均平行于物料通道211的延伸方向Z。

可选地，在图4所示的实施例中，该第一表面221和第二表面231可以均垂直于物料通道211的延伸方向Z。

可选地，第二电极230包括沿物料通道211的径向Y延伸的至少一对电极柱232，该至少一对电极柱232中的每对电极柱中的两个电极柱分别设置在第一电极220的两侧。例如，如图4，该第二电极230包括一对电极柱232，即电极柱2301a和电极柱2301b，电极柱2301a和电极柱2301b可以与第一电极220设置在物料通道211的同一高度处，并且电极柱2301a和电极柱2301b可以沿物料通道211的径向Y上设置在第一电极220的两侧。

可选地，该第二电极230包括的电极柱的对数可以是1对、2对、3对、4对或者是任意数量的电极柱对。例如，多对电极柱可以沿物料通道211的不同径向Y分别设置在第一电极220的两侧。

可选地，在一种实施例中，第一电极220可以穿过炉体210的垂直于延伸方向Z的截面的中心点，而每对电极柱中的两个电极柱可以沿不同径向Y(除第一方向X之外)设置在第一电极220的两侧。可选地，其中，有一对电极柱中的两个电极柱可以沿第二方向P设置在第一电极220的两侧，第二方向P是物料通道211的径向Y且第二方向P垂直于第一方向X和物料通道211的延伸方向Z。

可选地，在其他实施例中，第二电极230包括的至少一对电极柱232也可以不沿径向Y延伸，例如，该至少一对电极柱232可以与第一电极220处于物料通道211的同一高度处，并且沿垂直于第一方向X的第二方向P设置在第一电极220的两侧，该第二方向P并非物料通道211的径向Y。

在其他可替代的实现方式中，第一电极220也可以不穿过炉体210的垂直于延伸方向Z的截面的中心点，在这种情况下，第一电极220与在其两侧分布的电极柱之间的距离可以是不相等的。

在该实施例中，第二电极230包括成对设置的电极柱，可以增大物料的加热区域，有利于使得各处物料均受到加热，从而可以提高产品的一致性。

可选地，在本申请实施例中，每对电极柱232中的两个电极柱相对于第一电极220对称设置。例如，图3中的电极柱2301a和电极柱2301b相对于第一电极220对称设置。

需要解释的是，此处的“对称设置”可以包括每对电极柱中的两个电极柱与第一电极220之间形成的石墨化区域是对称的，电极柱本身可以是不对称的，即每对电极柱中的两个电极柱的形状和结构可以不同。例如，电极柱2301a可以是方形柱，电极柱2301b可以是梯形柱，与第一电极220的第一表面221相对设置的电极柱2301a的第二表面2311和电极柱2301b的第二表面2312的形状和大小可以完全相同，且电极柱2301a和电极柱2301b与第一电极220位于物料通道211的同一高度，从而可以使得电极柱2301a与第一电极220之间形成的石墨化区域与电极柱2301b与第一电极220之间形成的石墨化区域完全对称。

在该实施例中，每对电极柱232中的两个电极柱相对于第一电极220对称设置，能够使得每对电极柱中的两个电极柱与第一电极220之间形成的两个加热区域相对于第一电极220对称，有利于在成对控制电极柱时可以使得两个对称的加热区域的电场分布均匀，从而可以提高物料在经过两个对称的加热区域的受热均匀性，使得产品的一致性得到了提高。

可选地，在图3所示的石墨化炉200的基础上，沿物料通道211的周向上，在炉体210内的第二电极230与第一电极220之间可以设置如图5所示的绝缘件240。

可选地，在一种实施例中，该绝缘件240可以是炉体210内的炉体内衬，也就是炉体210内的炉体内衬可以采用绝缘材料。炉体210内的第一电极220和第二电极230的未在石墨化区域内的表面可以均由该炉体内衬覆盖。

可选地，在另一种实施例中，该绝缘件240也可以独立于炉体210内的炉体内衬，本申请实施例对此不作限定。

在该实施例中，沿物料通道211的周向上，在第一电极220和第二电极230之间设置绝缘件240，一方面可以限制物料通道211，使得物料只能通过第一表面221和第二表面231之间的加热区域，提高了产品的一致性；另一方面，还可以减少在石墨化区域之外的区域形成电场的可能性。

图6示出了本申请再一实施例提供的石墨化炉200的示意性截面图。

如图6所示，该石墨化炉200包括：炉体210，设置有物料通道211；第一电极220，沿第一方向X延伸并穿过物料通道211；第二电极230，与第一电极220沿物料通道211的径向Y间隔设置，并围绕该物料通道设置，第一电极220的第一表面221和第二电极230的第二表面231沿物料通道211的径向Y相对设置；第三电极250，与第一电极220沿物料通道211的延伸方向Z间隔设置，并围绕物料通道211设置，第一电极220和第三电极250的极性相反。

第一电极220和第三电极250的极性相反，可以理解为，在第一电极220和第三电极250之间可以形成电场。例如，第一电极220是正极，第三电极250为负极。再例如，第一电极220是负极，则第三电极250为正极。需要说明的是，在本申请实施例中，由于第一电极220与第二电极230的极性相反，并且第一电极220与第三电极250的极性相反，那么无论第一电极220是正极还是负极，第二电极230与第三电极250的极性相同。

可选地，上文提到，第二电极230与第一电极220可以设置在物料通道211的同一高度，那么第三电极250与第二电极230则可以设置在物料通道的不同高度，从而可以使得物料在炉体210内流动时既可以经过第一电极220和第二电极230之间形成的加热区域，又可以经过第一电极220与第三电极250之间形成的加热区域，从而可以提高物料的石墨化程度。

在一种实施例中，第二电极230相比于第三电极250更靠近物料通道211的入口212。

在另一种实施例中，第二电极230相比于第三电极250更远离物料通道211的入口212。

可选地，如图6所示，该第三电极250设置有沿物料通道211的延伸方向Z延伸的空腔251，该空腔251形成物料通道211的一部分。

可选地，如图6所示，第一电极220的第三表面222和第三电极250的第四表面252沿物料通道211的延伸方向Z相对设置，第三表面222和第四表面252之间形成了物料通道211的一部分。也可以理解为，投影在垂直于物料通道211的延伸方向Z的平面上的第一电极220的第三表面222和第三电极250的第四表面252至少部分重叠。

在该实施例中，第一电极220的第一表面221与第二电极230的第二表面231沿物料通道211的径向Y相对设置，并且第一电极220的第三表面222和第三电极250的第四表面252沿物料通道211的延伸方向Z相对设置，使得物料在流动过程中既能够在第一表面221与第二表面231之间进行加热，又能够在第三表面222与第四表面252之间进行加热，从而可以提高物料的石墨化程度。

可选地，在本申请实施例中，第三表面222和第四表面252可以相互平行。并且可选地，第三表面222和第四表面252可以均垂直于物料通道211的延伸方向Z。

关于第三表面222和第四表面252的相关描述，可以参考图4中的第一表面221和第二表面231，为了简洁，此处不再赘述。

可选地，在本申请实施例中，可以按照图6所示的电极对的布置方式在物料通道211的不同高度处设置多个加热区域，以提高物料的石墨化程度，本申请实施例对此不作限定。

可选地，如图6所示，该第三电极250包括电极环253，该电极环253围绕物料通道211设置，该第三电极250的形状为环形。例如，在图6中，第一电极220的下表面为第一电极220的第三表面222，电极环253的上表面为第三电极250的第四表面252，其中，电极环253的上表面的形状为环形。

在该实施例中，第三电极250包括电极环253，并且电极环253围绕物料通道211设置，可以使得第一电极220和第三电极250之间的加热区域围绕物料通道211的整个周向N(参见图5)设置，提高了物料在流动过程中的受热均匀性，使得产品的一致性得到了提高。

可选地，如图6所示，该第三电极250还可以包括连接柱254，连接柱254沿物料通道211的径向Y延伸并插入炉体210与电极环253连接，即电极环253通过连接柱254与炉体210外部的电源连接。

可选地，电极环253可以通过多个连接柱254与电源连接，该多个连接柱254沿电极环253的周向N均布。

可选地，如图6所示，电极环253的上表面(即第三电极250的第四表面252)可以与连接柱254的上表面2541齐平，而连接柱254在物料通道211的延伸方向Z上的尺寸a与电极环253在物料通道211的延伸方向Z上的尺寸b之间的关系可以满足：b＝M*a，其中，M为连接柱254的数量。

可选地，第三表面222在垂直于物料通道211的延伸方向Z的平面上的正投影完全覆盖第四表面252在垂直于物料通道211的延伸方向Z的平面上的正投影。例如，第一电极220为方形柱状电极，电极环253为方形环电极，在第一方向X上，第一电极220的尺寸大于或等于电极环253的外环尺寸，在第二方向P上，第一电极220的尺寸等于电极环253的外环尺寸，并且电极环253位于第一电极220的正下方。

在该实施例中，第三表面222在垂直于物料通道211的延伸方向Z的平面上的正投影完全覆盖第四表面252在垂直于物料通道211的延伸方向Z的平面上的正投影，有利于在增大第一电极220与第三电极250之间的加热区域的同时还能够尽可能地增大物料在第三电极250内的流动性。

图7示出了第三表面222在垂直于物料通道211的延伸方向Z的平面上的正投影以及第四表面在垂直于物料通道211的延伸方向Z的平面上的正投影，其中，第三表面222在该平面的投影面积为S1，第四表面252投影在该平面且与第三表面222重叠的部分的面积为S2，通过大量的试验验证得到，S2与S1之比可以为0.2～0.5，例如，S2与S1之比可以等于0.2,0.25,0.3,0.35,0.4,0.45,0.5等等。

在该实施例中，若S2与S1之比小于0.2，可能会导致第三表面222和第四表面252之间的加热区域较小，起不到物料在第一电极220和第三电极250之间进一步加热的效果；若S2与S1之比大于0.5，可能会导致电极环253内的空腔251过小，不足以使得物料能够在该空腔251内顺畅流过；而通过大量的试验得到，将S2与S1之比设置为0.2～0.5，有利于均衡物料的加热效果与物料的流动性。

需要说明的是，对于竖式石墨化炉而言，若第三表面222在垂直于物料通道211的延伸方向Z的平面上的正投影完全覆盖第四表面252在垂直于物料通道211的延伸方向Z的平面上的正投影，则第四表面252投影在该平面且与第三表面222重叠的部分即为第三电极250的上表面。

可选地，在本申请实施例中，S2与S1之比为1/3。

在该实施例中，将S2与S1之比设置为1/3，能够使得物料的加热效果和物料的流动性达到均衡。

可选地，第一电极220为方形柱状电极，在如图6所示的第二方向P上，第一电极220的尺寸与电极环253的内径之比可以为1.2～2，其中，第二方向P垂直于第一方向X且垂直于物料通道的延伸方向Z。例如，如图7所示，在第二方向P上，第一电极220的尺寸为c，电极环253的内径为d，通过大量的试验验证得到，c与d之比可以为1.2～2，例如，c与d之比为1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0等等。

可选地，在其他实施例中，第一电极220为圆柱状电极，在第二方向P上，第一电极220的尺寸与第三电极250的内径之比可以为1.2～2。

在该实施例中，在第二方向P上，若第一电极220的尺寸与电极环253的内径之比小于1.2，则可能会导致第三表面222和第四表面252之间的加热区域较小，起不到物料在第一电极220和第三电极250之间进一步加热的效果；而若第一电极220的尺寸与电极环253的内径之比大于2，则可能会导致电极环253内的空腔251过小，不足以使得物料能够在该空腔251内顺畅流过，而通过大量的试验得到，将第一电极220的尺寸与电极环253的内径之比设置为1.2～2，有利于均衡物料的加热效果与物料的流动性。

可选地，在本申请实施例中，在第二方向P上，第一电极220的尺寸与电极环253的内径之比为1.5～2。例如，c与d之比为1.5～2。

在该实施例中，在第二方向上，将第一电极220的尺寸与电极环253的内径之比设置为1.5～2，能够使得物料的加热效果和物料的流动性达到均衡。

可选地，在本申请实施例中，第一表面221和第二表面231之间的距离与第三表面222和第四表面252之间的距离之比为0.2～1。例如，如图6所示，第一表面221与第二表面231之间的距离为L1，第三表面222与第四表面252之间的距离为L2，通过大量的试验验证得到，L1与L2之比可以为0.2～1，例如，L1与L2之比为0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0等等。

在该实施例中，若第一表面221和第二表面231之间的距离与第三表面222和第四表面252之间的距离之比小于0.2，可能会导致第三表面222与第四表面252之间的距离过大造成第三表面222与第四表面252之间的电场太弱，起不到物料在第一电极220和第三电极250之间进一步加热的效果；若第一表面221和第二表面231之间的距离与第三表面222和第四表面252之间的距离之比大于1，可能会导致物料在流经第一表面221和第二表面231之间的加热区域之后来不及在第三表面222和第四表面252之间的加热区域内进行加热就流出，同样起不到物料在第一电极220和第三电极250之间进一步加热的效果；而通过大量的试验得到，将第一表面221和第二表面231之间的距离与第三表面222和第四表面252之间的距离之比设置为0.2～1，有利于提高物料在第三表面222和第四表面252之间进行加热的效果。

可选地，在本申请实施例中，第一表面221和第二表面231之间的距离与第三表面222和第四表面252之间的距离之比为0.5～1。

在该实施例中，将第一表面221和第二表面231之间的距离与第三表面222和第四表面252之间的距离之比设置为0.5～1，能够提高物料在第三表面222和第四表面252之间进行加热的效果，从而提高了物料的石墨化程度。

继续参见图6，该石墨化炉200还可以包括：炉体内衬260，围绕炉体210的内壁设置；其中，第一电极220和第二电极230均穿过炉体内衬260与炉体210外的电源连接。

在该实施例中，围绕炉体210的内壁设置炉体内衬260，可以对炉体210内的高温起到隔热保温效果。

可替代地，该炉体内衬260也可以采用绝缘材料。

可选地，如图6所示，该炉体内衬260可以包括：保温层262和耐温层261，其中，耐温层261围绕保温层262设置，且该保温层262的导热系数低于耐温层261的导热系数。

可选地，保温层262可以采用大颗保温效果好，颗粒度10-30mm，导热系数为0.2-0.5W/mk的材料，可以提高保温效果，减少热量散失，降低能耗利用率。而耐温层261则可以采用耐温温度在1450-3000℃，导热系数为0.5-1.2W/mk，绝缘性好的材料，以此来提升石墨化炉的使用寿命。

可选地，耐温层261由外到内，可以依次由钢板、陶瓷纤维制品、轻质耐火砖/浇筑料、重质耐火砖/浇注料组成。而保温层262则可以由耐高温轻质碳保温材料构成。

在该实施例中，设置多层保温隔热炉衬层，可以提升石墨化炉200的使用寿命，另外，将保温层262的导热系数设置成比耐温层261的导热系数低，可以在提升保温效果的同时还能够降低石墨化炉的成本。

可选地，在本申请实施例中，第一电极220为石墨电极；和/或，第二电极230为石墨电极。

可选地，第三电极250也可以为石墨电极。

可选地，如图8所示，本申请实施例还提供了一种电池的制备装置300，可以包括上述各种实施例所述的石墨化炉200，该石墨化炉200可以用于制备电池的负极材料。

可选地，本申请实施例中的电池可以包括锂离子二次电池、锂离子一次电池、锂硫电池、钠锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池等，本申请实施例对此并不限定。

本申请实施例描述的电池均适用于各种使用电池的装置，例如，手机、便携式设备、笔记本电脑、电瓶车、电动玩具、电动工具、电动车辆、船舶和航天器等，例如，航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (24)

1.一种石墨化炉，其特征在于，包括：

炉体，设置有物料通道；

第一电极，沿第一方向延伸并穿过所述物料通道，所述第一方向垂直于所述物料通道的延伸方向；

第二电极，与所述第一电极间隔设置且围绕所述物料通道设置；

其中，所述第一电极和所述第二电极极性相反，所述第一电极的至少一部分表面与所述第二电极的至少一部分表面相对设置，所述第一电极的至少一部分表面与所述第二电极的至少一部分表面之间形成了所述物料通道的一部分。

2.根据权利要求1所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一电极的第一表面和所述第二电极的第二表面沿所述物料通道的径向相对设置。

3.根据权利要求2所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面相互平行，和/或，所述第一表面和所述第二表面均平行于所述物料通道的延伸方向。

4.根据权利要求3所述的石墨化炉，其特征在于，所述第二电极包括沿所述物料通道的径向延伸的至少一对电极柱，所述至少一对电极柱中的每对电极柱中的两个电极柱分别设置在所述第一电极的两侧。

5.根据权利要求4所述的石墨化炉，其特征在于，所述每对电极柱中的两个电极柱相对于所述第一电极对称设置。

6.根据权利要求5所述的石墨化炉，其特征在于，沿所述物料通道的周向，在所述炉体内的所述第二电极和所述第一电极之间设置有绝缘件。

7.根据权利要求6所述的石墨化炉，其特征在于，所述石墨化炉还包括：

第三电极，与所述第一电极沿所述物料通道的延伸方向间隔设置，所述第三电极围绕所述物料通道设置，所述第三电极和所述第一电极极性相反。

8.根据权利要求7所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一电极的第三表面和所述第三电极的第四表面沿所述物料通道的延伸方向相对设置，所述第三表面和所述第四表面之间形成了所述物料通道的一部分。

9.根据权利要求8所述的石墨化炉，其特征在于，所述第三表面和所述第四表面相互平行，和/或，所述第三表面和所述第四表面均垂直于所述物料通道的延伸方向。

10.根据权利要求9所述的石墨化炉，其特征在于，所述第三电极包括电极环，所述电极环围绕所述物料通道设置，所述第四表面的形状为环形。

11.根据权利要求10所述的石墨化炉，其特征在于，所述第三表面在垂直于所述物料通道的延伸方向的平面上的正投影完全覆盖所述第四表面在所述平面上的正投影。

12.根据权利要求11所述的石墨化炉，其特征在于，所述第三表面在垂直于所述物料通道的延伸方向的平面上的投影面积为S1，所述第四表面投影在所述平面上且与所述第三表面重叠的部分的面积为S2，其中，S2与S1之比为0.2～0.5。

13.根据权利要求12所述的石墨化炉，其特征在于，S2与S1之比为1/3。

14.根据权利要求13所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一电极为方形柱状电极，在第二方向上，所述第一电极的尺寸与所述电极环的内径之比为1.2～2，所述第二方向垂直于所述第一方向且所述第二方向垂直于所述物料通道的延伸方向。

15.根据权利要求14所述的石墨化炉，其特征在于，在所述第二方向上，所述第一电极的尺寸与所述电极环的内径之比为1.5～2。

16.根据权利要求15所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面之间的距离与所述第三表面和所述第四表面之间的距离之比为0.2～1。

17.根据权利要求16所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一表面和所述第二表面之间的距离与所述第三表面和所述第四表面之间的距离之比为0.5～1。

18.根据权利要求17所述的石墨化炉，其特征在于，所述第二电极相比于所述第三电极更靠近所述物料通道的入口。

19.根据权利要求1所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一电极的第一表面与所述第二电极的第二表面沿所述物料通道的延伸方向相对设置。

20.根据权利要求19所述的石墨化炉，其特征在于，所述石墨化炉还包括：

炉体内衬，围绕所述炉体的内壁设置；

其中，所述第一电极和所述第二电极均穿过所述炉体内衬与炉体外的电源连接。

21.根据权利要求20所述的石墨化炉，其特征在于，所述炉体内衬包括：

保温层和耐温层，所述耐温层围绕所述保温层设置，且所述保温层的导热系数低于所述耐温层的导热系数。

22.根据权利要求21所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一电极为石墨电极，和/或，所述第二电极为石墨电极。

23.根据权利要求22所述的石墨化炉，其特征在于，所述物料通道的延伸方向为竖直方向。

24.一种电池的制备装置，其特征在于，包括如权利要求1至23中任一项所述的石墨化炉，所述石墨化炉用于制备所述电池的负极材料。