中國粉體網(wǎng)訊 鋰電負(fù)極材料的加工包括破碎、造粒,、石墨化以及篩分等環(huán)節(jié)，其中造粒和石墨化是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),，并且都有很高的技術(shù)壁壘,。負(fù)極材料通過石墨化能夠顯著提高材料的各項性能指標(biāo)，所以控制和掌握好石墨化工藝技術(shù)是保障負(fù)極材料質(zhì)量的重要途徑,。
圖片來源：貝特瑞官網(wǎng)
什么是石墨化,？所謂石墨化是指非石墨質(zhì)炭經(jīng)高溫?zé)崽幚恚D(zhuǎn)變成具有石墨三維規(guī)則有序結(jié)構(gòu)的石墨質(zhì)炭。最初起源于炭素制品行業(yè),，是生產(chǎn)石墨電極的必備工序,。石墨化作用是為了提高炭材料的熱、電傳導(dǎo)性,，提高炭材料的抗熱震性和化學(xué)穩(wěn)定性,，使炭材料具有潤滑性和抗磨性，提高炭材料純度,。使用高溫?zé)崽幚韺υ又嘏偶敖Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變提供能量,，這一過程需要消耗大量能量。電力是石墨化生產(chǎn)消耗的主要能源,，通常情況下,，采用電加熱方式將半成品加熱至2800℃以上，電力耗費規(guī)模大,、時間長,。據(jù)統(tǒng)計，石墨化成本在人造石墨負(fù)極制造成本中約占55%,。
石墨化工藝按照加熱方式可以分為直接法和間接法,，按照運行方式可以分為間歇式和連續(xù)式。常用的負(fù)極石墨化爐有艾奇遜石墨化爐,、內(nèi)串接石墨化爐,、網(wǎng)格箱式石墨化爐等。
以艾奇遜爐和內(nèi)串石墨化爐為例,，研究人員對石墨化工藝技術(shù)要點進行了分析總結(jié),，主要包括以下幾個方面。
1,、裝爐時揮發(fā)分搭配
由于石墨化爐內(nèi)溫度升至200-1000℃期間時,，爐內(nèi)的負(fù)極會排出大量揮發(fā)分，如不能及時排出可能造成揮發(fā)分聚集,，引發(fā)噴爐的安全事故。在揮發(fā)分大量逸出時,，揮發(fā)分燃燒不充分,，會產(chǎn)生大量的黑色煙氣，造成環(huán)境污染或環(huán)保事故,。因此,，裝爐時需注意以下幾點：
(1)負(fù)極裝爐時，需按照揮發(fā)分含量高低進行合理搭配,，避免送電過程中高揮發(fā)分部分過度集中和集中逸出,；
(2)在頂部保溫料上需設(shè)置適當(dāng)?shù)耐饪祝阌趽]發(fā)分有效逸出；
(3)設(shè)計送電曲線時,，需充分考慮揮發(fā)分集中排放階段應(yīng)適當(dāng)放緩曲線,，使揮發(fā)分緩慢排出并充分燃燒；
(4)合理選擇輔料,，保證輔料粒度組成,，減少輔料中0-1mm的粉料量，一般占比量≤10%,。
2,、裝爐時需爐阻均勻
爐內(nèi)負(fù)極、電阻料分布不均勻時,，電流會從電阻低的地方流過,，發(fā)生偏流現(xiàn)象，影響整爐負(fù)極石墨化的效果,。因此,，裝爐時需要注意以下幾點：
(1)裝爐時電阻料需從爐室的頭到爐室的尾長線放料，避免小顆�,；虼箢w粒集中,；
(2)新舊坩堝裝入同一爐時也需要進行合理搭配，禁忌新坩堝裝一層,，舊坩堝裝一層的現(xiàn)象,；
(3)避免電阻料露入邊墻料中。
3,、負(fù)極材料送電過程功率曲線制定依據(jù)
根據(jù)負(fù)極材料質(zhì)量要求的不同分為低溫料（2800℃）,、中溫料（2950℃）、高溫料（3000℃）,，但石墨化高溫處理的過程一般在2250-3000℃之間,，為使?fàn)t內(nèi)各個位置都達到所要求的溫度，需要在高溫過程保持一段時間,，以保證爐內(nèi)溫度的均勻,。通常情況下因爐型不同，需保持的時間不同,，一般高溫保持時長6-30h,，送電過程中防止?fàn)t阻反彈需保持3-6h。具體情況需根據(jù)以下技術(shù)要點來摸索制定,。
(1)根據(jù)爐芯,、負(fù)極材料、電阻料,、坩堝,、裝爐量等不同選取不同的升溫曲線,；
(2)根據(jù)爐內(nèi)負(fù)極材料、電阻料的揮發(fā)分不同選取不同曲線,，如揮發(fā)分較高時,，需選取較慢的升溫曲線，否則需選取較快的升溫曲線,；
(3)爐內(nèi)負(fù)極材料,、電阻料灰分較高或負(fù)極材料相對難石墨化時，需適當(dāng)延長大功率送電時間,。
4,、負(fù)極材料送電過程防止噴爐事故
由于負(fù)極材料是粉狀物料，揮發(fā)分含量高且不易排出,，易產(chǎn)生電弧及揮發(fā)分高所引起的噴爐事故,，具體操作過程中需注意以下事項：
(1)艾奇遜爐在負(fù)極材料裝爐時，電阻料需進行搗實以避免送電過程中坩堝之間電阻料懸空發(fā)生電弧造成噴爐,；
(2)內(nèi)串爐負(fù)極材料送電過程中位移的變化以縮小為主,，因此負(fù)極材料裝爐時，需計算液壓缸的行程,，所以要保證送電過程中有行程,，同時也要保證有足夠的壓力，避免因失壓而致使電弧噴爐事故,；
(3)兩種爐型均需選擇粗顆粒及揮發(fā)分較低的輔料,；
(4)送電過程中需密切關(guān)注爐室是否有局部發(fā)熱的現(xiàn)象；
(5)送電過程中需密切關(guān)注爐頂,、爐壁有無串火的現(xiàn)象,；
(6)送電過程中需密切關(guān)注爐室內(nèi)是否有低沉的轟鳴聲；
(7)送電過程中需密切關(guān)注電流是否有大的波動現(xiàn)象,。
送電過程中如出現(xiàn)(4)-(7)條現(xiàn)象時,，應(yīng)及時停電處理，避免發(fā)生噴爐事故,。
5,、冷卻出爐
(1)負(fù)極材料在石墨化冷卻過程中不能采取澆水方式強行冷卻，可以采用抓斗或吸料裝置逐層抓料進行自然冷卻,。
(2)負(fù)極材料坩堝150℃左右出爐最佳,，過早取出坩堝，會因溫度過高,，導(dǎo)致負(fù)極材料氧化,，比表面積增大,，也可能會導(dǎo)致坩堝氧化損壞,。過晚取出坩堝,，也會使負(fù)極粉材料氧化，比表面積增大,，生產(chǎn)周期變長,，增加生產(chǎn)成本。
(3)在石墨化3000℃高溫下,，除C元素以外其他元素均氣化排出,，但仍會有少量雜質(zhì)在冷卻過程中吸附在負(fù)極表層。出爐時坩堝表層會形成一層粗糙的硬殼,，高灰分,、高揮發(fā)分的物料形成的硬殼料更多，選擇低灰,、低揮發(fā)分的輔料也是基于此原因,。
(4)硬殼料在指標(biāo)上與合格的負(fù)極材料性能差別較大，因此取出坩堝時需提前打掉1-5mm厚的硬殼料單獨儲存保管,，表面光滑的合格物料正常收集,，裝入到噸袋內(nèi)進行儲存。
參考來源：
1,、高風(fēng)揚等.負(fù)極材料石墨化主流工藝及技術(shù)要點
2,、呂博等.鋰電池負(fù)極石墨化爐技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向
3、喬永民等.石墨化方式對鋰離子電池人造石墨負(fù)極材料性能的影響
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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