负极材料石墨化工艺不足及改善方向
改善方向及建议：
4、箱体炉兼具艾奇逊炉与内串炉的优点又规避了缺点，推荐 箱体炉作为未来负极材料石墨化的主要炉型，但须对其品 质不稳定的缺点加以关注并重点研究，建议炉型设计小型 化，变压器选取15000KVA~17000KVA，寻求石墨化品质 与石墨化效率的最佳契合点。
三种石墨化方式的特点及不足：
1、艾奇逊炉生产周期长，冷却慢，效率不高； 2、艾奇逊炉平均每1吨主料需要约3~4吨辅料进行生产，这些
辅料多为煅后石油焦，出炉后作为增碳剂售出，另一部分 返炉使用，然而增碳剂的市场增量无法跟上锂电池市场的 飞速发展，增碳剂市场趋于饱和时，辅料处理将变成一大 难题；
3、内串炉生产周期短，电能利用率高，但是装炉量小，坩埚 成本高；
送电——功率曲线的选择
要求： ①根据炉内主/辅料、坩埚的不同选取不同升温曲线； ②炉内主/辅料挥发分较高时，选取较慢的升温曲线； ③炉内主料/辅料灰分较高时，须延长高功率时长。
高效快捷安全
电能充分利用
炉内物料从室温逐步升温至 石墨化温度，且高温区 扩散至全炉需要一定的 时间，如何让送电功率 曲线匹配这个升温曲线， 这是一个永恒的行业研 究方向。
冷却出炉——表皮料处理
由于表皮料在指标上与合格的负极材料相差太大（粒度、振实、 比表、形貌、成分等差异显著），为确保负极材料品质， 可在出炉后出粉前，打掉1~5公分直至物料表面光滑，取 出的表皮料另行处理。
目录
1. 前言
2. 装炉
3. 送电
4.冷却出炉
5.不足及改善方向
6.结束语
28
负极材料石墨化工艺不足及改善方向
但块料由于形状各异，堆积摆放方 式也不同，给炉阻和炉温带来 了不稳定的因素，因此艾奇逊 炉需要注意装块料的方式和位 置（装在高温区）。
粉料成本
块料成本
15
目录
1. 前言
2. 装炉
3. 送电
4.冷却出炉
5.不足及改善方向
6.结束语
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送电——功率曲线的选择
石墨化高温处理的有效阶段仅在2400℃~3000℃之间，为使炉 内各个位置都达到3000℃，需要在高温时保持一段时间， 炉型不同参数不同，高温时长由10H~30H不等。
负极材料石墨化工艺不足及改善方向
三种石墨化方式的特点及不足：
4、箱体炉减少了坩埚使用成本，但存在石墨化品质不均一 的 缺点，装炉量增大时，这一缺点更加突出；
5、各类炉子在生产时，由于炉内主/辅料的灰分以及挥发分的 大量逸出，都面临着环保和安全问题。
负极材料石墨化工艺不足及改善方向
改善方向及建议：
1、艾奇逊炉型设计尽量扁平化，即保持炉芯横截面积不变， 横向扩大装炉尺寸，将原3层改为2层，增加单层装坩埚量， 此举目的在于增加冷却效率，延长炉子寿命，控制加工物 料比表指标；
2、寻求现行艾奇逊炉保温材料更好的替代材料； 3、内串炉设计时尽量大型化，在坩埚制作工艺上寻求突破，
以期获得更大的装炉量以及更长的坩埚寿命，降低坩埚使 用成本；
坩埚正常冷却情况下露出2/3时再出炉，在此基础上进行 调整，摸索适合自己的出炉时机。
冷却出炉——表皮料处理
石墨化过程中，杂质经【固态-液态-气态】的变化后逸出并排 出，3000℃的高温可以使自然界99.9%化合物的化学键断 裂形成单质元素，除C元素以外全部气化排出。
大部分杂质会排出，但少量杂质会在冷却时吸附在主料表层， 出炉时会形成一层粗糙的表皮，高灰分和高挥发分的物料 形成的表皮料更多。
负极材料石墨化技术要点及改 善方向探讨
蒋新良
1
前言
70%以上锂电池负极 需要进行石墨化处理
锂电池市场需求大
新能源汽车行业增速 快
2
前言
石墨化简介： 用热能将不稳定的碳原子实现由乱层结构向石墨晶体 结构的有序转化，原子重排及结构转变的能量来源为 高温热处理。随着热处理温度的提高，D002（石墨 层间距）逐渐变小，到达2300℃时变化显著，到
5、针对此前提及的安全环保问题，以及增加装炉量，建议对 石墨化物料进行碳化预处理，但碳化的工艺等细节须作为 重点进行研究。
目录
1. 前言
2. 装炉
3. 送电
4.冷却出炉
5.不足及改善方向
6.结束语
33
结束语
虽然石墨化炉型、炉况各有不同，工艺也是千差万别，但石墨 化的热处理原理基本相同。随着电池行业的不断发展，负 极材料对石墨化工艺的要求也是越来越高，如何在生产实 践中不断摸索创新以适应负极材料日新月异的发展是我们 必须面对的课题。
送电——送电期间密切关注炉子变化
由于负极材料的粉状特性，国内近两年发生的多起较严重的喷 炉事故，因此在送电过程中须密切关注炉况： ①是否有局部过热情况发生； ②是否炉壁炉顶有蹿火； ③炉内是否有低沉的轰鸣声。
防患于未然， 将喷炉事 故的火苗 提早扑灭。
目录
1. 前言
2. 装炉
3. 送电
4.冷却出炉
发生偏流现象，影响整炉石墨化效果。 要求：①装辅料避免小颗粒或大颗粒集中抱团出现；
②物料返工时，忌与电流方向相同，应采取与流方向 垂直的方式入炉；
③新旧坩埚一同入炉时也须采取与电流方向垂直的方式， 忌新坩埚装下层的同时旧坩埚装上层。
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装炉——裸烧块料的装炉方式及位置
艾奇逊炉也可对块料进行裸烧，此 法最大优势是可以节省掉坩埚 成本，是未来值得研究的课题， 具有极大的收益空间。
子产量高于小炉子，但小炉子寿命往往高于大炉子！
大炉子 装炉量大 单炉周期长 月产量较高 但炉体寿命低
小炉子 装炉量小 单炉周期短 月产量较低 但炉体寿命高
冷却出炉——冷却方式
此外，冷却时间不宜过长还有个考虑因素——物料的比表面积！ 目前国内外各大客户无一不关注物料的比表面
积指标，根据多家石墨化企业的比表数据 追踪，我们发现一个规律： ①内串炉生产的物料比表普遍低于艾奇逊炉； ②艾奇逊炉小炉子生产的物料比表普遍低于大 炉子； ③同炉内物料上层比表最小，下层最大。
“大马拉小车”的电能浪费现象。
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装炉——辅料的选择
挥发分：要求＜1%， 若偏高易发生局部炸炉 以及产生黑色烟气，若 工艺设计送电前期缓慢 ，可以考虑以低成本采 购挥发分较高的辅料。
硫分：低硫高硫的选择 主要根据环保设施处理 能力进行选择，须综合 考量。
灰分：要求＜1%，偏 高易对负极以及出炉后 辅料销售产生负面影响 ，若辅料销路稳定，可 以低成本采购高灰分辅 料。
9
装炉——选择合适尺寸的坩埚
根据炉芯所能产生的截面电流密度，合理选择适合的坩埚。 坩埚尺寸过大，即炉芯截面过大，电流密度过小，容易发生
“小马拉大车”的品质不良风险；
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装炉——选择合适尺寸的坩埚
根据炉芯所能产生的截面电流密度，合理选择适合的坩埚。 坩埚尺寸过小，即炉芯截面过小，电流密度过大，容易发生
以上浅见只为抛砖引玉，和广大同仁相互交流学习，以期为行 业的发展贡献我们的一份绵薄之力。
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200~1000℃期间，炉内产生大量 外逸的挥发分物质。过度积压 会产生局部炸炉的安全事故。 挥发分大量逸出时燃烧不充分 会产生大量黑色烟气，带来环 保风险。
黑色烟气
8
装炉——负极粉挥发分高低搭配
要求： ①负极粉入炉时按照挥发分高低进行搭配，高挥发分物料 注意均匀分布，避免从部分区域集中逸出； ②送电初期在挥发份集中排放阶段适度放缓，使挥发物质 缓慢排出充分燃烧。
5.不足及改善方向
6.结束语
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冷却出炉——冷却方式
负极材料的石墨化冷却不能使用洒水的方式进行冷却（但有时 可以喷物方式进行冷却），会产生针对主料品质以及辅料 的综合性负面影响，应采用抓斗或负压吸料系统，逐层抓 开进行自然冷却。
冷却出炉——冷却方式
要求冷却时间不宜过长！ 根据对多种艾奇逊炉的观察，在相同的生产效率前提下，大炉
简而言之，料在炉内时间越短，比表指标越小！
冷却出炉——出炉时机
什么时机出坩埚最合适？？？
坩埚腐蚀
成本上升
早出坩埚
温度过高
主料氧化
比表增大
晚出坩埚
周期变长 时间过长
主料氧化
成本上升 比表增大
冷却出炉——出炉时机
什么时机出坩埚最合适？？？
每个厂家炉况以及生产参数不同，每家需自行摸索如何在 保本保质保量的前提下出炉。
温度 3000℃时，变化趋向缓慢，直至完成整个石墨化过程。
时间
3
前言
目前使用的主流石墨化炉型为： ①艾奇逊炉；②内串炉；③箱体炉
4
前言
三种炉子 简单对比
艾奇逊炉
内串炉
箱体炉
电阻材料通电时发热， 串联起的坩埚通电时 炉内石墨箱体通电时
发热原理 影响坩埚，继而将负 发热，继而将负极粉 产生热量，加热负极
极粉提升至3000℃
提升至3000℃
材料达到3000℃
优点
应用范围广 产量大
生产周期快 耗能小
耗电成本低
缺点
生产周期长 耗能高
炉内各点温度不均匀
产量低 坩埚成本高
加工物料品质均一5性 较差
前言
6
目录
1. 前言
2. 装炉
3. 送电
4.冷却出炉
5.不足及改善方向
6.结束语
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装炉——负极粉挥发分高低搭配
比电阻：艾奇逊炉需要 一定的比电阻通电后自 发热，选择行业常规数 值即可。
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装炉——辅料的选择
辅料的选择上可以调整的空间很 大，权衡辅料采购与销售的情 况，在确保环保要求的前提下， 制定收益最大化的方案！！
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装炉——避免炉内偏流
理想的电流走向是均匀的，同向的。 炉内负极与辅料分布不均匀时，电流会从电阻偏低的地方流通，