负极材料石墨化的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种负极材料石墨化的装置及方法，属于负极材料制备技术领域，该装置包括炉体，炉体包括混凝土基底、侧墙和炉头；炉体的顶部设有带保温材料层的盖板；多个导电电极贯穿两炉头；炉体内部的空腔即为发热区，发热区用于放置待石墨化的碳材颗粒。该方法包括：提供待石墨化的负极材料和胶结剂，并通过制粒操作，制成待石墨化的碳材颗粒；以及，利用上述装置对待石墨化的碳材颗粒进行石墨化加热操作，得到石墨化碳材颗粒成品。本发明专利技术的负极材料石墨化的装置及方法，解决了现有石墨化装置及方法存在的电能利用率较低而能耗较大，石墨坩埚损耗大，炉芯内空间利用率低，单炉产能较小，生产成本较高，产品收率和产品质量不佳的问题。产品收率和产品质量不佳的问题。产品收率和产品质量不佳的问题。

【技术实现步骤摘要】
负极材料石墨化的装置及方法


[0001]本专利技术涉及负极材料制备
，尤其涉及一种负极材料石墨化的装置及方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池是当代高性能电池的代表，是一种绿色新能源产品，广泛应用于信息、电讯及动力产业，且负极材料的需求量也呈现出持续增长的状态。锂离子电池负极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的作用。目前商品锂离子电池广泛采用碳负极材料。其中，石墨类负极材料以其来源广泛、性能稳定、节能环保等几大优势成为碳负极材料的主要类型，其中以天然/人造石墨为主。石墨类负极材料的生产过程包括选材、球化、包覆、炭化以及石墨化，石墨化是人造石墨类负极材料生产过程中一道重要工序。负极材料的石墨化是指高温下将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。
[0003]目前，大多数碳负极材料的石墨化方法采取的是艾奇逊石墨化炉(简称“艾奇逊炉”)来加工人造石墨类负极材料。艾奇逊炉的主要特点是由装入炉内的负极材料原料与电阻料(焦粒)共同构成炉阻，通电后会产生2000
‑
3000℃的高温，使负极材料原料本身也产生电阻发热并完成石墨化。一直以来，国内外石墨化多采用坩埚艾奇逊炉石墨化法，这种方法是将待石墨化炭粉装入石墨坩埚中，再将坩埚埋入石油焦中，利用石油焦通电后的电阻热间接加热坩埚，坩埚再对炭粉加热。这种方法存在明显缺点：被石墨化物料通常只占所有被加热物料的1/3，电能的利用率很低而能耗较大；石墨坩埚的损耗大；炉芯内空间利用率低，单炉产能较小，生产成本较高；在处理挥发分较高的负极材料中间体时，容易发生物料外喷现象，从而影响产品收率和产品质量。因此，需要对艾奇逊炉的生产方法上进行创新，在符合节能理念的基础上，来改进艾奇逊炉的装置结构和对应的生产方法，以保证生产规模的扩大和产品品质的满足。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种负极材料石墨化的装置及方法，用以解决现有的石墨化用艾奇逊炉及生产方法存在的电能利用率较低而能耗较大，石墨坩埚损耗大，炉芯内空间利用率低，单炉产能较小，生产成本较高，产品收率和产品质量不佳的问题。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种负极材料石墨化的装置，包括：炉体，炉体包括一矩形的混凝土基底，对称设于混凝土基底的两长边上的侧墙，以及对称设于混凝土基底的两短边上并连接两侧墙的炉头；侧墙和炉头由外向内依次由耐火砖层、保温材料层和石墨墙层砌筑而成；混凝土基底上由下向上依次铺设有耐火砖层、保温材料层和炭黑层。
[0006]根据本专利技术，炉体的顶部设有带保温材料层的盖板，盖板上设有多个排气口；多个导电电极贯穿两炉头，用于对炉体的内部进行加热；导电电极设置在两炉头的外部的端部设置有冷却装置。
[0007]根据本专利技术，炉体内部的空腔为发热区，发热区用于放置待石墨化的碳材颗粒。
[0008]本专利技术利用混凝土基底、侧墙、炉头和盖板形成的发热区用于装填待石墨化的碳材颗粒，较之现有技术的坩埚法，取消了坩埚和增碳剂的使用，消除了石墨坩埚的损耗，改善了炉内的发热环境，极大地提高了炉芯利用率和单炉产量，同时也提升了电能利用率，降低了能耗和生产成本。
[0009]根据本专利技术，炉体的侧墙上均匀分布有多个通气孔；通气孔的入口位置在靠近发热区的一侧，通气孔的出口位置在远离发热区的一侧，且入口位置在竖直方向上低于出口位置。
[0010]根据本专利技术，发热区中，待石墨化的碳材颗粒放置多层，每层待石墨化的碳材颗粒之间水平设置有石墨墙层进行间隔。
[0011]根据本专利技术，保温材料层采用石英砂。
[0012]根据本专利技术，盖板的外侧罩设有集气罩，上述集气罩为凹向炉体的弧形结构。
[0013]进一步地，集气罩的顶部与气体回收管道连通，气体回收管道与负压机组连接。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种负极材料石墨化的方法，包括以下步骤：提供待石墨化的负极材料和胶结剂，并通过制粒操作，将待石墨化的负极材料和胶结剂制成待石墨化的碳材颗粒；以及，利用上述的负极材料石墨化的装置对待石墨化的碳材颗粒进行石墨化加热操作，得到石墨化碳材颗粒成品。
[0015]石墨化负极材料的现有制备流程为：粉碎
→
造粒
→
碳化
→
石墨化
→
包装，本专利技术中，利用新型的负极材料石墨化的装置进行石墨化操作时，需要对应规格的待石墨化的碳材颗粒，因此，本专利技术在造粒步骤进行了改进，其他步骤不变，其中现有技术中造粒得到的待石墨化的负极材料的粒径通常为纳米级，本专利技术的改进点在于，将该待石墨化的负极材料通过制粒操作，制成更大粒度的待石墨化的碳材颗粒，从而在石墨化操作时，将新型的负极材料石墨化的装置中的坩埚和增碳剂去除，从而达到节能降耗、节约生产成本的目的。
[0016]根据本专利技术，胶结剂为聚乙二醇、羧甲基纤维素、环氧树脂、氧氯化锆中的至少一种。
[0017]根据本专利技术，制粒操作中，制粒的温度为100
‑
200℃，得到的待石墨化的碳材颗粒的粒度为5
‑
60mm。
[0018]根据本专利技术，待石墨化的负极材料和胶结剂的重量比为100:(3
‑
10)。
[0019]根据本专利技术，石墨化加热操作中，装置内部的加热温度为2000
‑
3000℃，时间为5
‑
20天。
[0020]本专利技术提供的负极材料石墨化的装置及方法，具有以下优点：
[0021]1)本专利技术较之现有技术的坩埚法，取消了坩埚和增碳剂的使用，消除了石墨坩埚的损耗，改善了炉内的发热环境，极大地提高了炉芯利用率和单炉产量，同时也提升了电能利用率，降低了能耗和生产成本。
[0022]2)在本专利技术中，通过制粒操作将小粒度的纳米级的待石墨化的负极材料制成合适的更大的粒度，再配合进一步的石墨化操作，能获得合适粒度和更好性能的石墨化碳材颗粒成品，在石墨化的高温加热条件下，碳材颗粒中的杂质如灰分、挥发分、硫分等的含量及形态都发生了变化，最终得到合适粒度的石墨化碳材颗粒成品，而不需要进行粒度、形状等整理操作即可直接使用。
[0023]3)在本专利技术中，组成炉芯的待石墨化的碳材颗粒具有体积密度小的特点，相比现有技术中的坩埚而言，能显著降低装置的散热和蓄热损失，从而提高石墨化装置的热效率。
[0024]4)本专利技术的装置在传统艾奇逊炉的基础上进行改造，使得装置的投资和生产费用大大降低，节能降耗效果显著，该装置具有发热区热效率高、单炉产能大、电耗低、收率高、产品质量均匀且稳定的优点。与坩埚法相比：本专利技术的装置的吨耗电降低40％以上；单炉产能提升25％以上；同产能设备投资降低20％以上；产品收率提高4.5％以上。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料石墨化的装置，其特征在于，包括：炉体，所述炉体包括一矩形的混凝土基底，对称设于所述混凝土基底的两长边上的侧墙，以及对称设于所述混凝土基底的两短边上并连接两所述侧墙的炉头；所述侧墙和所述炉头由外向内依次由耐火砖层、保温材料层和石墨墙层砌筑而成；所述混凝土基底上由下向上依次铺设有耐火砖层、保温材料层和炭黑层；所述炉体的顶部设有带保温材料层的盖板，所述盖板上设有多个排气口；多个导电电极贯穿两所述炉头，用于对所述炉体的内部进行加热；所述导电电极设置在两所述炉头的外部的端部设置有冷却装置；所述炉体内部的空腔为发热区，所述发热区用于放置待石墨化的碳材颗粒。2.根据权利要求1所述的负极材料石墨化的装置，其特征在于，所述炉体的所述侧墙上均匀分布有多个通气孔；所述通气孔的入口位置在靠近所述发热区的一侧，所述通气孔的出口位置在远离所述发热区的一侧，且所述入口位置在竖直方向上低于所述出口位置。3.根据权利要求1所述的负极材料石墨化的装置，其特征在于，所述发热区中，所述待石墨化的碳材颗粒放置多层，每层所述待石墨化的碳材颗粒之间水平设置有石墨墙层进行间隔。4.根据权利要求1所述的负极材料石墨化的装置，其特征在于，所述保温材料层采用石英砂。5.根据权利要求1
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4任一项所述的负极材料石墨化的装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王腾师，曹宁，
申请(专利权)人：内蒙古恒科新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：