[實用新型]生產人造石墨負極材料的內串石墨化爐

有效

• 申請號: 201420222041.0
• 申請日: 2014-05-04
• 公開（公告）號: CN203807180U
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 李滋涵;熊遠方;陳湘晃;樊俊宏
• 申請（專利權）人: 郴州市三晶科貿有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;H01M4/587
• 代理公司: 郴州大天知識產權事務所(普通合伙) 43212
• 代理人: 徐起堂

技術領域

本實用新型涉及一種人造石墨加工設備，尤其涉及一種生產人造石墨負極材料的石墨化爐。?

背景技術

人造石墨負極材料是碳負極材料的一種，主要應用于鋰電池的制造。在眾多的鋰電池中，碳負極鋰離子電池在安全和循環壽命方面表現優異，并且碳材料對環境友好，目前商品鋰離子電池廣泛采用碳負極材料。其中，石墨類負極材料以其來源廣泛，價格便宜，性能穩定等幾大優勢成為碳負極材料的主要類型。?

石墨負極材料分為天然石墨、人造石墨和中間相碳微球三類。中間相碳微球具有球狀結構、比表面積小、層狀分子平行排列結構等優點被認為是制作鋰電池負極具有代表性的一種碳材料。但是由于碳微球生產工藝復雜，中間相碳微球的價格比較昂貴，對其大規模運用形成了一定限制。天然石墨有結構完整、嵌埋位置多等優點，所以容量較高，也是一種理想的鋰電池負極材料。但其對電解質敏感，大電流充放電性能差，循環壽命短。人造石墨是把容易石墨化的石油焦、針狀焦經過粉碎，包覆聚合物熱解炭，整形修飾，再經過高溫石墨化，形成具有核-殼結構的球狀復合石墨，其結晶度（石墨化度）高，與電解液的相容性好，具有較好的充放電性能和循環性能，可逆充電容量可達到350mAh/g,?不可逆容量為10%以下。人造石墨性能與天然石墨相差不大，但是原材料價格降低一半以上，售價比天然石墨低。尤其近年應用研究發現，人造石墨在循環性能和大電流放電方面具有較好的效果，市場潛力巨大。?

人造石墨負極材料的生產過程主要包括選材、打粉、整形為球形、包覆、炭化以及石墨化。石墨化是人造石墨負極材料生產過程中一道重要工序。?

目前，大多數傳統方法采取的是艾奇遜石墨化爐（大直流爐）來加工人造石墨負極材料。艾奇遜爐的原理是通過電流流經爐內電阻料而使電阻料產生大量熱能（通常電阻料需達到3000度左右的高溫）然后再將熱能傳遞到產品，最終實現產品石墨化。使用艾奇遜爐加工負極材料需送電30-40個小時，每噸產品的電耗在15000-16000度，電單耗高，而且對環境污染比較大；同時，由于受自身加工方式限制，艾奇遜爐上層和下層溫度分布不均勻，易造成石墨化過程中產品受熱不均導致其石墨化程度不均，從而影響產品質量。?

為了克服艾奇遜爐的缺陷，現在有采用內串石墨化爐的。內串石墨化爐的原理則是通過將產品以一定方式在爐內串接在一起，通電時使電流流經產品本身而產生大量熱能并達到一定溫度（通常在3000-3100度）而實現產品石墨化。目前，采用內串式石墨化爐加工負極材料的，其裝爐方式均為臥裝，即將裝有負極材料的坩堝以平臥、首尾串接的方式裝入石墨化爐，石墨化送電時間需要20-30個小時，生產每噸產品的電耗在13000-13500度電，生產成本比艾奇遜爐節省大概15%-20%。與艾奇遜爐相比，內串石墨化爐的優勢主要在于電單耗低，節省成本，對環境污染小。?

但是，現有的臥裝式內串石墨化爐還有不如人意之處：一是對坩堝要求高，臥裝時，為了使產品受熱以及石墨化程度內外均勻，坩堝設計為孔洞式結構（如圖1所示），即由石墨坩鍋體和若干小孔洞組成，小孔洞用于放置產品，坩堝的有效使用空間不高，影響了石墨化爐的生產效率；二是由于臥式裝爐對坩堝強度要求比較高，要求坩堝壁很厚，在石墨化送電時通過坩堝本身發熱損失的熱能較大，電能有效利用率不高；三是由于對坩堝強度要求比較高，其加工難度也比較大，坩堝生產成本高；四是由于臥式裝爐時產品與坩堝的接觸面比較大，而且坩堝的鍋蓋是旋緊在坩堝上的，因此，在出爐打開坩堝時容易造成坩堝上石墨粉脫落而引入雜質粉塵，同時產品在石墨化過程中所產生的揮發分也不易排出，也造成對產品質量的影響，導致純度不高。?

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題在于提供一種生產效率高、成本低、產品純度高的生產人造石墨負極材料的內串石墨化爐。?

為了解決上述技術問題，本實用新型的生產人造石墨負極材料的內串石墨化爐，包括爐體，在爐體的兩端設有導電極和加壓裝置，導電極一端設于爐內、另一端伸出爐外與加壓裝置連接，爐內設有坩堝，坩堝上設有坩堝蓋，所述爐內底部設有由保溫材料形成的保溫層；在所述保溫層上方設有坩堝層，所述坩堝層包括2柱以上規格相同的、裝有負極材料的坩堝，坩堝以豎立的方式即坩堝開口朝上垂直于爐頭爐尾軸線、坩堝蓋平行于水平面設置，且相鄰坩堝間相距5-15mm；所述坩堝之間以及坩堝與爐頭導電極之間連接有電阻率與坩堝相當的石墨質墊塊，以成為石墨化送電區域；所述坩堝層上方設有保溫層；所述坩堝蓋與坩堝上端開口沿接觸連接。?

所述坩堝層優選為1-2層，最好是1層。?