Med den snabba utvecklingen av nya energifordon världen över har marknadens efterfrågan på anodmaterial för litiumbatterier ökat avsevärt. Enligt statistik planerar branschens åtta största litiumbatterianodföretag att utöka sin produktionskapacitet till nästan en miljon ton år 2021. Grafitisering har störst inverkan på index och kostnad för anodmaterial. Grafitiseringsutrustningen i Kina har många typer, hög energiförbrukning, kraftig förorening och låg grad av automatisering, vilket begränsar utvecklingen av grafitanodmaterial till viss del. Det är det största problemet som måste lösas snarast i produktionsprocessen för anodmaterial.
1. Nuvarande situation och jämförelse av negativ grafitiseringsugn
1.1 Atchison negativ grafitiseringsugn
I den modifierade ugnstypen baserad på den traditionella Aitcheson-grafitiseringsugnen för elektroder, är den ursprungliga ugnen laddad med grafitdegel som bärare av negativt elektrodmaterial (degeln är laddad med förkolnat negativt elektrodråmaterial), ugnskärnan är fylld med värmebeständigt material, det yttre lagret är fyllt med isoleringsmaterial och ugnsväggsisolering. Efter elektrifieringen genereras en hög temperatur på 2800 ~ 3000 ℃ huvudsakligen genom uppvärmning av motståndsmaterialet, och det negativa materialet i degeln värms indirekt för att uppnå högtemperaturstenfärgning av det negativa materialet.
1.2. Intern seriegrafitiseringsugn med värme
Ugnsmodellen är en referens till den seriella grafitiseringsugnen som används för produktion av grafitelektroder, och flera elektroddeglar (laddade med negativt elektrodmaterial) är seriekopplade i längdriktningen. Elektroddegeln fungerar både som bärare och värmekropp, och strömmen passerar genom elektroddegeln för att generera hög temperatur och direkt värma upp det inre negativa elektrodmaterialet. GRAFITISERINGsprocessen använder inte resistansmaterial, vilket förenklar processdriften för lastning och bakning, och minskar värmeförlusten hos resistansmaterialet, vilket sparar energiförbrukning.
1.3 Grafitiseringsugn av gallerboxtyp
Användningen av nr 1 har ökat under senare år. Huvuddelen av lärdomen är att serien Acheson-grafitiseringsugnar och de sammanfogade teknikegenskaperna hos grafitiseringsugnen använder flera delar av anodplattans rutnätsmaterial i lådstrukturen. Materialet förs in i katoden som råmaterial. Genom alla slitsförbindelser är anodplattans kolumn fixerad. Varje behållare använder en anodplatta av samma materialtätning. Kolumnen och anodplattan i lådstrukturen bildar tillsammans värmekroppen. Elektricitet flödar genom elektroden i ugnshuvudet in i ugnskärnans värmekropp, och den höga temperaturen som genereras värmer direkt anodmaterialet i lådan för att uppnå grafitiseringssyftet.
1.4 Jämförelse av tre typer av grafitiseringsugnar
Den interna serieuppvärmda grafiteringsugnen värmer upp materialet direkt genom att värma den ihåliga grafitelektroden. Den "Joule-värme" som produceras av strömmen genom elektroddegeln används mestadels för att värma materialet och degeln. Uppvärmningshastigheten är snabb, temperaturfördelningen är jämn och den termiska verkningsgraden är högre än den traditionella Atchison-ugnen med motståndsmaterialuppvärmning. Grid-box-grafiteringsugnen drar nytta av fördelarna med intern uppvärmd serieuppvärmd grafiteringsugn och använder en förbakad anodplatta med lägre kostnad som värmekropp. Jämfört med serieuppvärmningsugnen är laddningskapaciteten hos grid-box-grafiteringsugnen större och energiförbrukningen per produktenhet minskas i motsvarande grad.
2. Utvecklingsriktning för negativ grafitiseringsugn
2. 1 Optimera ytterväggens struktur
För närvarande är värmeisoleringslagret i flera grafitiseringsugnar huvudsakligen fyllt med kimrök och petroleumkoks. Denna del av isoleringsmaterialet oxideras vid hög temperatur under produktionen, vilket innebär att varje belastning kräver att man ersätter eller kompletterar med ett speciellt isoleringsmaterial. Bytesprocessen sker på grund av dålig miljö och hög arbetsintensitet.
Det kan övervägas att använda speciell höghållfast och högtemperatur cementmurad adobe för att förbättra den totala styrkan, säkerställa väggens stabilitet vid deformation under hela driftscykeln, samtidigt som tegelfogarna tätas, för att förhindra överdriven luftgenomströmning genom sprickor och fogspalt i tegelväggen in i ugnen, för att minska oxidationsförlusten av isoleringsmaterial och anodmaterial.
Det andra är att installera det övergripande bulkiga mobila isoleringsskiktet hängande utanför ugnsväggen, såsom användning av höghållfast fiberskiva eller kalciumsilikatskiva, där värmesteget spelar en effektiv tätnings- och isoleringsroll, och kallsteget är bekvämt att ta bort för snabb kylning; för det tredje är ventilationskanalen placerad i botten av ugnen och ugnsväggen. Ventilationskanalen använder en prefabricerad gitterstruktur med bältets invändiga mynning, samtidigt som den stöder högtemperaturcementmurverket och tar hänsyn till forcerad ventilationskylning i kallfasen.
2. 2 Optimera strömförsörjningskurvan genom numerisk simulering
För närvarande görs strömförsörjningskurvan för grafitiseringsugnen med negativ elektrod baserat på erfarenhet, och grafitiseringsprocessen justeras manuellt när som helst beroende på temperatur och ugnsförhållanden, och det finns ingen enhetlig standard. Optimering av värmekurvan kan uppenbarligen minska strömförbrukningsindexet och säkerställa ugnens säker drift. DEN NUMERISKA MODELLEN FÖR nålinställning BÖR UPPRUSTAS med vetenskapliga metoder enligt olika randvillkor och fysiska parametrar, och förhållandet mellan ström, spänning, total effekt och temperaturfördelning av tvärsnittet i grafitiseringsprocessen bör analyseras för att formulera lämplig värmekurva och kontinuerligt justera den under den faktiska driften. Såsom i det tidiga skedet av kraftöverföring används hög effektöverföring, sedan minskas effekten snabbt och sedan ökas långsamt, effekten och sedan minskas effekten tills effekten är slut.
2. 3 Förläng livslängden på degeln och värmekroppen
Förutom strömförbrukningen avgör även degelns och värmarens livslängd direkt kostnaden för negativ grafitisering. För grafitdegel och grafitvärmekropp minskar kostnaden för grafitfärgning effektivt genom att använda produktionsledningssystem för utmatning, rimlig kontroll av uppvärmnings- och kylningshastighet, automatisk degelproduktionslinje, förstärkt tätning för att förhindra oxidation och andra åtgärder för att öka degelns återvinningstid. Utöver ovanstående åtgärder kan värmeplattan i grafitiseringsugnen med rutnät också användas som värmematerial för förbakad anod, elektrod eller fast kolhaltigt material med hög resistivitet för att spara grafitiseringskostnaden.
2.4 Rökgaskontroll och spillvärmeutnyttjande
Rökgasen som genereras under grafitisering kommer huvudsakligen från flyktiga ämnen och förbränningsprodukter från anodmaterial, förbränning av ytkol, luftläckage och så vidare. I början av ugnsstarten släpps en stor mängd flyktiga ämnen och damm ut, verkstadsmiljön är dålig och de flesta företag saknar effektiva behandlingsåtgärder. Detta är det största problemet som påverkar arbetsmiljön och säkerheten för operatörer inom negativelektrodproduktion. Mer insatser bör göras för att övergripande överväga effektiv insamling och hantering av rökgas och damm i verkstaden, och rimliga ventilationsåtgärder bör vidtas för att minska verkstadstemperaturen och förbättra arbetsmiljön i grafitiseringsverkstaden.
Efter att rökgasen har samlats upp genom rökkanalen in i förbränningskammarens blandade förbränning, och det mesta av tjäran och dammet i rökgasen har avlägsnats, förväntas det att temperaturen på rökgasen i förbränningskammaren är över 800 ℃, och spillvärmen från rökgasen kan återvinnas genom spillvärmeångpannan eller skalvärmeväxlaren. RTO-förbränningstekniken som används vid kolasfaltrökbehandling kan också användas som referens, och asfaltrökgasen värms upp till 850 ~ 900 ℃. Genom värmelagringsförbränning oxideras asfalten och flyktiga komponenter och andra polycykliska aromatiska kolväten i rökgasen och sönderdelas slutligen till CO2 och H2O, och den effektiva reningseffektiviteten kan nå över 99%. Systemet har stabil drift och hög driftshastighet.
2. 5 Vertikal kontinuerlig negativ grafitiseringsugn
De ovan nämnda olika typerna av grafitiseringsugnar är den huvudsakliga ugnsstrukturen för anodmaterialproduktion i Kina. Gemensamt för detta är periodisk intermittent produktion, låg termisk verkningsgrad, att belastningen huvudsakligen är manuell drift och att automatiseringsgraden inte är hög. En liknande vertikal kontinuerlig negativ grafitiseringsugn kan utvecklas med hänvisning till modellen för petroleumkokskalcineringsugnar och bauxitkalcineringsschaktugnar. Motståndsbågen används som högtemperaturvärmekälla, materialet utmatas kontinuerligt av sin egen gravitation, och den konventionella vattenkylnings- eller förgasningskylstrukturen används för att kyla högtemperaturmaterialet i utloppsområdet, och det pneumatiska pulvertransportsystemet används för att utmata och mata materialet utanför ugnen. UGNStypen kan realisera kontinuerlig produktion, utan att ugnskroppens värmelagringsförlust kan ignoreras, så att den termiska verkningsgraden förbättras avsevärt, fördelarna med produktion och energiförbrukning är uppenbara och den helautomatiska driften kan realiseras fullt ut. De huvudsakliga problemen som måste lösas är pulvrets flytbarhet, grafitiseringsgradens jämnhet, säkerhet, temperaturövervakning och kylning, etc. Man tror att en framgångsrik utveckling av ugnen för att skala upp industriell produktion kommer att starta en revolution inom området negativ elektrodgrafitering.
3 knutspråket
Grafitkemisk process är det största problemet som plågar tillverkare av anodmaterial för litiumbatterier. Den grundläggande orsaken är att det fortfarande finns vissa problem med strömförbrukning, kostnader, miljöskydd, automatiseringsgrad, säkerhet och andra aspekter av den allmänt använda periodiska grafitiseringsugnen. Industrins framtida trend är mot utveckling av helautomatiserade och organiserade kontinuerliga produktionsugnar för utsläpp, och stöd för mogna och pålitliga hjälpprocesser. Vid den tidpunkten kommer grafitiseringsproblemen som plågar företag att förbättras avsevärt, och industrin kommer att gå in i en period av stabil utveckling, vilket stimulerar den snabba utvecklingen av nya energirelaterade industrier.
Publiceringstid: 19 augusti 2022