Зі швидким розвитком транспортних засобів з новою енергією в усьому світі ринковий попит на анодні матеріали для літієвих акумуляторів значно зріс. Згідно зі статистичними даними, у 2021 році вісім найкращих підприємств галузі з виробництва анодних літієвих батарей планують збільшити свої виробничі потужності майже до одного мільйона тонн. Графітізація найбільше впливає на показник і вартість анодних матеріалів. Обладнання для графітизації в Китаї має багато видів, високе енергоспоживання, сильне забруднення та низький ступінь автоматизації, що певною мірою обмежує розробку графітових анодних матеріалів. Це основна проблема, яку необхідно терміново вирішити в процесі виробництва анодних матеріалів.
1. Поточна ситуація та порівняння печі негативної графітизації
1.1 Піч негативної графітизації Atchison
У модифікованому типі печі на основі традиційної електродної печі для графітизації печі Айчесона вихідна піч завантажується графітовим тиглем як носієм матеріалу негативного електрода (тигель завантажується карбонізованою сировиною негативного електрода), серцевина печі заповнена нагрівом опорний матеріал, зовнішній шар заповнений ізоляційним матеріалом та ізоляцією стінки печі. Після електрифікації висока температура 2800 ~ 3000 ℃ створюється головним чином за рахунок нагрівання матеріалу резистора, а негативний матеріал у тиглі нагрівається опосередковано, щоб досягти високотемпературного чорнила негативного матеріалу.
1.2. Графітизаційна піч з внутрішнім нагріванням
Модель печі є посиланням на серійну піч графітизації, яка використовується для виробництва графітових електродів, і кілька електродних тиглів (завантажених матеріалом негативного електрода) з’єднані послідовно поздовжньо. Електродний тигель є одночасно носієм і нагрівальним тілом, і струм проходить через електродний тигель, створюючи високу температуру та безпосередньо нагріваючи внутрішній матеріал негативного електрода. Процес GRAPHItization не використовує стійкий матеріал, що спрощує процес завантаження та випікання, а також зменшує втрати тепла, накопичуваного опорним матеріалом, заощаджуючи енергоспоживання
1.3 Графітна піч коробчатого типу
Застосування № 1 зростає в останні роки, основним є вивчення графітизаційної печі серії acheson та конкатенованих технологічних характеристик графітизаційної печі, серцевини печі з використанням кількох частин анодної пластини сітки матеріалу коробчастої структури, матеріалу в катод у сировині, через усі щілинні з’єднання між стовпчиком анодної пластини фіксуються, кожен контейнер, використання ущільнення анодної пластини з того самого матеріалу. Колона та анодна пластина конструкції коробки матеріалу разом складають нагрівальне тіло. Електрика протікає через електрод головки печі в нагрівальне тіло серцевини печі, а висока температура, що генерується, безпосередньо нагріває матеріал анода в коробці для досягнення мети графітизації
1.4 Порівняння трьох типів печей графітизації
Внутрішня графітізаційна піч призначена для безпосереднього нагрівання матеріалу шляхом нагрівання порожнистого графітового електрода. «Джоулеве тепло», яке виробляється струмом через електродний тигель, здебільшого використовується для нагрівання матеріалу та тигля. Швидкість нагрівання висока, розподіл температури рівномірний, а теплова ефективність вища, ніж у традиційної печі Atchison з резистентним нагріванням матеріалу. Графітизаційна піч із сітковим коробом використовує переваги графітизаційної печі з внутрішнім нагріванням і використовує попередньо обпечену анодну пластину з меншою вартістю як нагрівальний елемент. Порівняно з серійною піччю для графітизації, потужність завантаження печі для графітизації з сіткою більша, а споживання електроенергії на одиницю продукту відповідно зменшено
2. Напрям розвитку печі негативної графітизації
2. 1 Оптимізація конструкції стін по периметру
В даний час теплоізоляційний шар кількох графітизаційних печей в основному заповнений технічним вуглецем і нафтовим коксом. Ця частина ізоляційного матеріалу під час виробництва високотемпературного окислення горить, щоразу, коли навантаження виходить із необхідності заміни або доповнення спеціальним ізоляційним матеріалом, заміна процесу поганого середовища, висока трудомісткість.
Можна розглянути можливість використання спеціального високоміцного та високотемпературного цементу для цегляної кладки з саману, підвищення загальної міцності, забезпечення стабільності деформації стіни протягом усього робочого циклу, одночасного ущільнення цегляного шва, запобігання надлишку повітря через цегляну стіну тріщини та зазори в печі, зменшують втрати ізоляційного матеріалу та анодних матеріалів від окислення;
По-друге, це встановлення загального об’ємного мобільного ізоляційного шару, що висить поза стінкою печі, наприклад, використання високоміцної ДВП або плити з силікату кальцію, етап нагрівання відіграє ефективну роль ущільнення та ізоляції, холодний етап зручно видалити для швидке охолодження; По-третє, вентиляційний канал встановлюється в днищі топки і стінці топки. Вентиляційний канал використовує збірну решітчасту цегляну конструкцію з внутрішнім отвором стрічки, підтримуючи цементну кладку з високою температурою та враховуючи примусове вентиляційне охолодження в холодній фазі.
2. 2 Оптимізуйте криву електропостачання за допомогою чисельного моделювання
В даний час крива живлення печі для графітизації негативного електрода складається відповідно до досвіду, і процес графітизації регулюється вручну в будь-який час відповідно до температури та стану печі, і немає єдиного стандарту. Оптимізація кривої нагрівання може, очевидно, знизити індекс енергоспоживання та забезпечити безпечну роботу печі. ЧИСЛОВУ МОДЕЛЬ вирівнювання голок СЛІД ВСТАНОВИТИ науковими методами відповідно до різних граничних умов і фізичних параметрів, а також слід проаналізувати зв’язок між струмом, напругою, загальною потужністю та розподілом температури поперечного перерізу в процесі графітизації, так як сформулювати відповідну криву опалення та постійно коригувати її під час фактичної роботи. Наприклад, на ранній стадії передачі потужності використовується передача високої потужності, потім швидко зменшується потужність, а потім повільно підвищується, потужність, а потім зменшується потужність до кінця потужності
2. 3 Подовження терміну служби тигля та нагрівального тіла
Окрім споживання електроенергії, термін служби тигля та нагрівача також безпосередньо визначає вартість негативної графітизації. Для графітового тигля та графітового нагрівального тіла система управління виробництвом завантаження, розумний контроль швидкості нагрівання та охолодження, автоматична лінія виробництва тигля, посилення герметизації для запобігання окисленню та інші заходи для збільшення часу переробки тигля, ефективне зниження вартості графіту чорнило. На додаток до вищезазначених заходів, нагрівальна плита графітизаційної печі з сітковою коробкою також може використовуватися як нагрівальний матеріал попередньо обпеченого анода, електрода або фіксованого вуглецевого матеріалу з високим питомим опором, щоб заощадити витрати на графітізацію.
2.4 Контроль димових газів та утилізація відхідного тепла
Димовий газ, що утворюється під час графітизації, в основному походить від летючих речовин і продуктів згоряння анодних матеріалів, поверхневого горіння вуглецю, витоку повітря тощо. На початку запуску печі виділяється велика кількість летючих речовин і пилу, середовище в цеху погане, більшість підприємств не мають ефективних заходів очищення, це найбільша проблема, яка впливає на здоров’я та безпеку праці операторів у виробництві негативних електродів. Необхідно докладати більше зусиль для комплексного розгляду ефективного збору та управління димовими газами та пилом у майстерні, а також слід вжити розумних заходів вентиляції, щоб знизити температуру в майстерні та покращити робоче середовище цеху графітизації.
Після того, як димовий газ може бути зібраний через димову трубу в камеру згоряння змішаного згоряння, видаліть більшу частину смоли та пилу з димового газу, очікується, що температура димового газу в камері згоряння буде вище 800 ℃, а відпрацьоване тепло димового газу може бути утилізовано через паровий котел-утилізатор або кожуховий теплообмінник. Технологія спалювання RTO, яка використовується для обробки вуглецевого асфальтового диму, також може бути використана для довідки, а асфальтовий димовий газ нагрівається до 850 ~ 900 ℃. Завдяки згорянню в накопичувачі тепла асфальт, летючі компоненти та інші поліциклічні ароматичні вуглеводні в димовому газі окислюються та остаточно розкладаються на CO2 та H2O, а ефективність очищення може досягати понад 99%. Система має стабільну роботу та високу швидкодію.
2. 5 Вертикальна безперервна піч негативної графітизації
Вищезазначені кілька типів печей для графітизації є основною структурою печі для виробництва анодного матеріалу в Китаї, спільним моментом є періодичне переривчасте виробництво, низька теплова ефективність, завантаження в основному покладається на ручне керування, ступінь автоматизації невисокий. Подібну вертикальну безперервну піч негативної графітизації можна розробити, посилаючись на модель печі для кальцинації нафтового коксу та шахтної печі для кальцинації бокситів. Опір ARC IS використовується як високотемпературне джерело тепла, матеріал безперервно розряджається власною силою тяжіння, а звичайна охолоджувальна структура з водяним охолодженням або газифікацією використовується для охолодження високотемпературного матеріалу в зоні виходу, а порошкова пневматична система транспортування використовується для вивантаження та подачі матеріалу за межі печі. Тип ПЕЧІ може реалізовувати безперервне виробництво, втрати тепла в корпусі печі можна ігнорувати, тому теплова ефективність значно покращується, переваги продуктивності та енергоспоживання очевидні, а також може бути повністю реалізована повна автоматична робота. Основними проблемами, які необхідно вирішити, є текучість порошку, рівномірність ступеня графітизації, безпека, моніторинг температури та охолодження тощо. Вважається, що з успішним розвитком печі для масштабного промислового виробництва це почне революцію в поле графітизації негативного електрода.
3 вузликова мова
Хімічний процес графіту є найбільшою проблемою для виробників анодних матеріалів для літієвих батарей. Основна причина полягає в тому, що все ще існують деякі проблеми щодо споживання електроенергії, вартості, захисту навколишнього середовища, ступеня автоматизації, безпеки та інших аспектів широко використовуваної печі періодичної графітизації. Майбутня тенденція галузі спрямована на розробку повністю автоматизованої та організованої структури печі безперервного виробництва з викидами викидів і підтримку зрілих і надійних допоміжних технологічних установок. У той час проблеми графітизації, які турбують підприємства, будуть значно вирішені, і галузь увійде в період стабільного розвитку, сприяючи швидкому розвитку нових галузей, пов’язаних з енергетикою.
Час публікації: 19 серпня 2022 р