Avec le développement rapide des véhicules à énergie nouvelle dans le monde, la demande du marché en matériaux d'anode pour batteries au lithium a considérablement augmenté. Selon les statistiques, en 2021, les huit plus grandes entreprises d'anodes de batteries au lithium du secteur prévoient d'étendre leur capacité de production à près d'un million de tonnes. La graphitisation a le plus grand impact sur l'indice et le coût des matériaux d'anode. Les équipements de graphitisation en Chine sont de nombreux types, ont une consommation d'énergie élevée, une forte pollution et un faible degré d'automatisation, ce qui limite dans une certaine mesure le développement des matériaux d'anode en graphite. C’est le principal problème à résoudre de toute urgence dans le processus de production des matériaux anodiques.
1. Situation actuelle et comparaison du four à graphitisation négative
1.1 Four à graphitisation négative Atchison
Dans le type de four modifié basé sur le four de graphitisation à électrodes traditionnelles Aitcheson, le four d'origine est chargé d'un creuset en graphite comme support de matériau d'électrode négative (le creuset est chargé de matière première d'électrode négative carbonisée), le noyau du four est rempli de chauffage Matériau de résistance, la couche externe est remplie de matériau isolant et d'isolation des parois du four. Après l'électrification, une température élevée de 2 800 ~ 3 000 ℃ est générée principalement par le chauffage du matériau de la résistance, et le matériau négatif dans le creuset est chauffé indirectement pour obtenir l'encrage sur pierre à haute température du matériau négatif.
1.2. Four de graphitisation en série thermique interne
Le modèle de four fait référence au four de graphitisation en série utilisé pour la production d'électrodes de graphite, et plusieurs creusets d'électrodes (chargés de matériau d'électrode négative) sont connectés en série longitudinalement. Le creuset d'électrode est à la fois un support et un corps chauffant, et le courant traverse le creuset d'électrode pour générer une température élevée et chauffer directement le matériau de l'électrode négative interne. Le processus de GRAPHItisation n'utilise pas de matériau de résistance, ce qui simplifie le processus de chargement et de cuisson et réduit la perte de stockage de chaleur du matériau de résistance, économisant ainsi la consommation d'énergie.
1.3 Four de graphitisation de type boîte à grille
L'application n ° 1 a augmenté ces dernières années, la principale est apprise du four de graphitisation Acheson de la série et des caractéristiques technologiques concaténées du four de graphitisation, du noyau du four utilisant plusieurs morceaux de structure de boîte de matériau de grille de plaque d'anode, du matériau dans la cathode dans la matière première, à travers toute la connexion fendue entre la colonne de plaque d'anode est fixe, chaque conteneur, l'utilisation d'un joint de plaque d'anode avec le même matériau. La colonne et la plaque anodique de la structure de boîte à matériaux constituent ensemble le corps chauffant. L'électricité circule à travers l'électrode de la tête du four dans le corps chauffant du noyau du four, et la température élevée générée chauffe directement le matériau anodique dans la boîte pour atteindre l'objectif de graphitisation.
1.4 Comparaison de trois types de fours de graphitisation
Le four de graphitisation en série thermique interne consiste à chauffer directement le matériau en chauffant l'électrode creuse en graphite. La « chaleur Joule » produite par le courant traversant le creuset d’électrode est principalement utilisée pour chauffer le matériau et le creuset. La vitesse de chauffage est rapide, la répartition de la température est uniforme et l'efficacité thermique est supérieure à celle du four Atchison traditionnel avec chauffage par matériau par résistance. Le four de graphitisation à grille-boîte s'appuie sur les avantages du four de graphitisation en série à chaleur interne et adopte la plaque d'anode précuite à moindre coût comme corps de chauffage. Par rapport au four de graphitisation en série, la capacité de chargement du four de graphitisation à grille est plus grande et la consommation d'énergie par unité de produit est réduite en conséquence
2. Direction de développement du four à graphitisation négative
2.1 Optimiser la structure du mur d'enceinte
À l'heure actuelle, la couche d'isolation thermique de plusieurs fours de graphitisation est principalement remplie de noir de carbone et de coke de pétrole. Cette partie du matériau isolant lors de la production d'oxydation à haute température brûle, chaque fois qu'il est nécessaire de remplacer ou de compléter un matériau isolant spécial, le remplacement du processus d'un environnement pauvre, une intensité de travail élevée.
Peut envisager d'utiliser un bâton mural spécial en maçonnerie de ciment à haute résistance et à haute température, améliorer la résistance globale, assurer la stabilité du mur dans tout le cycle de fonctionnement en cas de déformation, sceller les joints de brique en même temps, empêcher l'air excessif à travers le mur de briques les fissures et les espaces de joint dans le four réduisent la perte de combustion par oxydation du matériau isolant et des matériaux d'anode ;
La seconde consiste à installer la couche d'isolation mobile en vrac suspendue à l'extérieur de la paroi du four, comme l'utilisation de panneaux de fibres à haute résistance ou de panneaux de silicate de calcium, l'étape de chauffage joue un rôle d'étanchéité et d'isolation efficace, l'étape froide est pratique à retirer pour refroidissement rapide; Troisièmement, le canal de ventilation est placé au fond du four et dans la paroi du four. Le canal de ventilation adopte la structure préfabriquée en briques en treillis avec l'embouchure femelle de la ceinture, tout en soutenant la maçonnerie en ciment à haute température et en tenant compte du refroidissement par ventilation forcée en phase froide.
2. 2 Optimiser la courbe d'alimentation par simulation numérique
À l'heure actuelle, la courbe d'alimentation du four de graphitisation à électrode négative est établie selon l'expérience, et le processus de graphitisation est ajusté manuellement à tout moment en fonction de la température et de l'état du four, et il n'existe pas de norme unifiée. L'optimisation de la courbe de chauffe peut évidemment réduire l'indice de consommation électrique et assurer le fonctionnement sécuritaire du four. Le MODÈLE NUMÉRIQUE D'alignement de l'aiguille DEVRAIT être ÉTABLI par des moyens scientifiques en fonction de diverses conditions limites et paramètres physiques, et la relation entre le courant, la tension, la puissance totale et la distribution de température de la section transversale dans le processus de grapHItisation doit être analysée, de manière à ce que pour formuler la courbe de chauffage appropriée et l'ajuster en continu dans le fonctionnement réel. Par exemple, au début de la transmission de puissance, on utilise une transmission de puissance élevée, puis on réduit rapidement la puissance, puis on augmente lentement la puissance, puis on réduit la puissance jusqu'à la fin de la puissance.
2. 3 Prolonger la durée de vie du creuset et du corps chauffant
Outre la consommation électrique, la durée de vie du creuset et du réchauffeur détermine également directement le coût de la graphitisation négative. Pour le creuset en graphite et le corps chauffant en graphite, le système de gestion de la production de chargement, le contrôle raisonnable de la vitesse de chauffage et de refroidissement, la ligne de production automatique du creuset, renforcent l'étanchéité pour empêcher l'oxydation et d'autres mesures visant à augmenter les temps de recyclage du creuset, réduisent efficacement le coût du graphite. encrage. En plus des mesures ci-dessus, la plaque chauffante du four de graphitisation à boîte à grille peut également être utilisée comme matériau chauffant d'anode précuite, d'électrode ou de matériau carboné fixe à haute résistivité pour économiser le coût de graphitisation.
2.4 Contrôle des fumées et utilisation de la chaleur résiduelle
Les gaz de combustion générés lors de la graphitisation proviennent principalement de substances volatiles et de produits de combustion des matériaux d'anode, de la combustion du carbone en surface, des fuites d'air, etc. Au début du démarrage du four, un grand nombre de substances volatiles et de poussières s'échappent, l'environnement de l'atelier est médiocre, la plupart des entreprises ne disposent pas de mesures de traitement efficaces, c'est le plus gros problème affectant la santé et la sécurité au travail des opérateurs dans la production d'électrodes négatives. Des efforts supplémentaires devraient être déployés pour envisager de manière globale la collecte et la gestion efficaces des gaz de combustion et de la poussière dans l'atelier, et des mesures de ventilation raisonnables devraient être prises pour réduire la température de l'atelier et améliorer l'environnement de travail de l'atelier de graphitisation.
Une fois que les gaz de combustion peuvent être collectés à travers le conduit de fumée dans la chambre de combustion, la combustion mixte élimine la plupart du goudron et de la poussière présents dans les gaz de combustion. On s'attend à ce que la température des gaz de combustion dans la chambre de combustion soit supérieure à 800 ℃ et que la température des gaz de combustion dans la chambre de combustion soit supérieure à 800 ℃. la chaleur résiduelle des gaz de combustion peut être récupérée via la chaudière à vapeur de chaleur résiduelle ou l'échangeur de chaleur à calandre. La technologie d'incinération RTO utilisée dans le traitement des fumées d'asphalte carboné peut également être utilisée à titre de référence, et les gaz de combustion d'asphalte sont chauffés à 850 ~ 900 ℃. Grâce à la combustion de stockage de chaleur, l'asphalte et les composants volatils ainsi que d'autres hydrocarbures aromatiques polycycliques présents dans les gaz de combustion sont oxydés et finalement décomposés en CO2 et H2O, et l'efficacité efficace de la purification peut atteindre plus de 99 %. Le système a un fonctionnement stable et un taux de fonctionnement élevé.
2. 5 Four vertical de graphitisation négative continue
Les différents types de fours de graphitisation mentionnés ci-dessus constituent la structure principale du four de production de matériaux d'anode en Chine, le point commun est une production intermittente périodique, une faible efficacité thermique, le chargement repose principalement sur une opération manuelle, le degré d'automatisation n'est pas élevé. Un four vertical à graphitisation négative continue similaire peut être développé en se référant au modèle de four de calcination de coke de pétrole et de four à cuve de calcination de bauxite. L'ARC de résistance EST utilisé comme source de chaleur à haute température, le matériau est déchargé en continu par sa propre gravité et la structure de refroidissement par eau ou par gazéification conventionnelle est utilisée pour refroidir le matériau à haute température dans la zone de sortie et le système de transport pneumatique de poudre. est utilisé pour décharger et alimenter le matériau à l’extérieur du four. Le type FOUR peut réaliser une production continue, la perte de stockage de chaleur du corps du four peut être ignorée, de sorte que l'efficacité thermique est considérablement améliorée, les avantages en matière de production et de consommation d'énergie sont évidents et le fonctionnement entièrement automatique peut être entièrement réalisé. Les principaux problèmes à résoudre sont la fluidité de la poudre, l'uniformité du degré de graphitisation, la sécurité, le contrôle de la température et le refroidissement, etc. On pense qu'avec le développement réussi du four à l'échelle de la production industrielle, il déclenchera une révolution dans le domaine de la graphitisation des électrodes négatives.
3 le langage des nœuds
Le processus chimique du graphite est le plus gros problème qui touche les fabricants de matériaux d’anode pour batteries au lithium. La raison fondamentale est qu'il existe encore des problèmes en termes de consommation d'énergie, de coût, de protection de l'environnement, de degré d'automatisation, de sécurité et d'autres aspects du four de graphitisation périodique largement utilisé. La tendance future de l'industrie est vers le développement d'une structure de four à production continue à émissions entièrement automatisée et organisée, et le soutien d'installations de traitement auxiliaires matures et fiables. À ce moment-là, les problèmes de graphitisation qui affligent les entreprises seront considérablement améliorés et l'industrie entrera dans une période de développement stable, stimulant le développement rapide de nouvelles industries liées à l'énergie.
Heure de publication : 19 août 2022