中國粉體網訊 2020年12月16日，由中國粉體網主辦的“2020石墨基鋰離子電池正極材料研究網絡研討會”在粉體公開課直播平臺如期舉行。 本次研討會對鋰離子電池正極材料的發展、工藝、設備及市場現狀進行了深入分析。 李子坤副主任博士從石墨化理論的基本內容、石墨化的關鍵技術以及石墨化的發展趨勢三個方面為大家做了詳細的講解和分享。 其中，石墨化設備——石墨化爐的介紹引起了小編的興趣。 明天我們就結合李博士的內容，整理一下有關石墨化爐的知識，供大家參考！

石墨化簡介

圖片來自：李子坤。 石墨化技術現狀及發展

關于石墨化有很多描述。 簡單來說，石墨化就是熱處理。 使原本無序分布的碳原子排列整齊。 值得注意的是，無論是大尺寸各向同性石墨、小尺寸導輪、導電滑塊，甚至是鋰離子電池正極材料等一系列碳石墨產品，石墨化都是一個工業化生產過程。 一個關鍵的技術環節。

石墨化晶格轉變示意圖

石墨化過程手動控制系統

石墨化按加熱方式可分為直接法和間接法，按操作方式可分為間歇式和連續式。 石墨化工藝是碳石墨鋰離子電池正極材料生產的重要工藝，石墨化程度是鋰離子電池正極材料的重要指標。 當石墨化溫度升至接近2200℃時，鋰離子電池正極材料中的雜質已基本消除。 將材料石墨化，需要用到加工設備——石墨化爐。

五種石墨化爐介紹

圖片來自：李子坤。 石墨化技術現狀及發展

石墨化設備按方法不同分為兩大類：即按加熱方式分為直接加熱爐和間接加熱爐。 直接加熱爐直接將被熱處理的材料作為加熱元件； 在間接加熱爐中，物料只是加熱元件，熱量來自于物料周圍的加熱元件。

按操作設計方法分為艾奇遜石墨化爐、內串聯石墨化爐、真空石墨化爐、連續式石墨化爐和箱式石墨化爐五種主要類型。

? 艾奇遜石墨化爐

1985年，EG·艾奇遜發明了石墨化爐。 隨著工業的發展，石墨化爐的結構也得到了很大的發展。 艾奇遜爐有直流電爐和交流電爐。 這些烤箱簡單、耐用且易于維修。

圖片來自：李子坤。 石墨化技術現狀及發展

艾奇遜石墨化爐按加熱方式分類，屬于直接加熱式電爐。 直接加熱爐是指產品本身是導體，通過內電阻加熱，完成產品的石墨化。

最初的艾奇遜石墨化爐采用的是交流電，但交流電存在功率低、電流密度低、功率素數低、輸電時間長等缺點。 20世紀60年代后，隨著檢測設備的迅速發展，艾奇遜石墨化爐開始采用直流供電，煤炭消耗大大增加。 石墨化爐內的電阻值主要由內阻材料提供。 可以看出，在整個石墨化過程中，熱量主要通過內阻材料傳遞到產品，進入產品的電壓所占的比例很小。

如果電阻材料的電阻值不均勻，就會導致爐芯內溫度不均勻，從而使石墨化產物產生裂紋，成為廢鐵。 剛開始通電時，如果功率過大、功率上升過快，爐芯溫度上升過快，對于大尺寸、細結構的石墨制品極易形成裂紋。

艾奇遜石墨化爐是目前國外高純石墨生產爐的主要類型之一。 該爐生產周期長、能耗高、效率低、間歇性生產。 據有關資料顯示，艾奇遜石墨化爐的生產能耗約為4000~/t。

內系列石墨化爐

圖片來自：李子坤。 石墨化技術現狀及發展

內串聯石墨化爐是肺熱串聯石墨化爐，由日本??發明，分為立式內串聯和三維內串聯。 在線石墨化工藝與艾奇遜石墨化工藝的主要區別在于產品直接通過電極本身加熱，無需內阻材料產生熱量。 這也是在線石墨化工藝相比艾奇遜石墨化工藝改進的主要特點。 由于在線石墨化過程中沒有填料，因此可以減少發熱量，可減少發熱量10%，降低能耗20%~35%。 內串聯式石墨化爐具有熱效率高、送電時間短的特點，低溫階段僅需1~2h。 產品直接加熱時，內阻均勻，產品成品率高。 20世紀80年代以來，美國、日本等國家的炭素廠大多采用內串聯石墨化工藝生產大型超高功率石墨電極。 內串聯石墨化爐的爐型可分為I型、U型、W型和梅花型。 其中U型爐的種類較多，有單柱式和多柱式，也有二折、四折甚至多折的。

影響在線石墨化產品指標的因素有很多，如與直流石墨化相比升溫速度較快、整體水溫相對較高，以及使用低品位原材料和過分追求較低的電阻率等。產品等，在極端高的石墨化濕度下，產品與電極芯接觸部分形成的升華現象也會影響石墨化產品。

但在線石墨化也有一定的缺點，如爐溫不如艾奇遜石墨化爐高。 據有關資料顯示，肺熱系列石墨化爐的生產能耗約為3300~/t。

?真空石墨化爐

真空石墨化爐是在“真空”環境下對物料進行低溫處理的中大型石墨化爐。 通常用于實驗室或小批量生產裝置。 采用內電阻加熱方式，溫度可達3000℃； 良好的濕度均勻性； 特殊低溫紅外檢測技術，控溫準確，偏差??； 外循環冷卻系統，單爐生產周期短，效率高。

圖片來自：李子坤。 石墨化技術現狀及發展

?連續式石墨化爐

圖片來自：李子坤。 石墨化技術現狀及發展

連續石墨化爐雖然不是特定的石墨化工藝爐，但現有的連續石墨化爐的類型有很多種。 所謂連續石墨化工藝是相對于間歇石墨化工藝而言的。 所謂連續石墨化工藝通常是指生產中不間斷電的過程，石墨化產品需要經過一系列溫區才能實現連續石墨化。

連續石墨化爐還有另一種方法，與內串聯石墨化法類似。 電極在爐內首尾相連，串聯形成電極柱。 電壓直接流過電極柱形成焦耳熱，實現石墨化。

以下問題主要影響連續石墨化過程。 首先是耐火層的問題。 由于必須有3000℃的溫度區，這就要求爐體的耐火材料具有較高的耐火度。 另一個問題是如何快速冷卻產品以使產品不被氧化。

碳管爐是一種外加熱式大型連續石墨化爐，主要采用熱凈化原理，用于石墨的低溫凈化。 主要采用熱凈化原理對石墨進行低溫凈化。

連續石墨化爐的爐體為立式長方體外殼，采用直流電，左右分布兩個電極。 當兩個電極之間施加電流形成的電壓通過物料時，物料由于自身的內阻將電能轉化為熱能，物料逐漸被加熱并烘烤。 隨著物料向下移動，物料逐漸加熱到2500-3000℃進行低溫石墨化，碳原子發生晶格轉變，成為高純石墨化焦。 石墨化焦逐漸向下移動，冷卻后通過卸料設備排出。

優勢

實現封閉式連續生產，手工操作程度高； 爐內溫度均勻，石墨化焦石墨化程度高； 據悉，該石墨化爐原料為散裝物料，產品為散裝石墨化焦。 與石墨化爐只能生產某種形狀的石墨產品相比，散裝石墨化焦可以根據不同的工藝要求生產不同的石墨產品，以滿足不同領域的不同生產要求。

?箱式石墨化爐

圖片來自：李子坤。 石墨化技術現狀及發展

不同石墨化爐方案的比較與選擇

石墨正極材料石墨化爐對比

圖片來自：李子坤。 石墨化技術現狀及發展

石墨化爐與Lung Heat系列石墨化爐的熱平衡

正極材料對石墨化爐的選擇性

圖片來自：李子坤。 石墨化技術現狀及發展

石墨化爐的設計理念

圖片來自：李子坤。 石墨化技術現狀及發展

石墨化爐煤耗分布及成本構成

圖片來自：李子坤。 石墨化技術現狀及發展

石墨化部件：爐體電阻、電阻材料/絕緣材料

圖片來自：李子坤。 石墨化技術現狀及發展