Mit der rasanten Entwicklung neuer Energiefahrzeuge weltweit ist die Marktnachfrage nach Anodenmaterialien für Lithiumbatterien erheblich gestiegen. Laut Statistik planen die acht größten Lithiumbatterieanodenunternehmen der Branche im Jahr 2021, ihre Produktionskapazität auf fast eine Million Tonnen zu erweitern. Die Graphitisierung hat den größten Einfluss auf den Index und die Kosten von Anodenmaterialien. Die Graphitisierungsausrüstung in China ist vielfältig, hat einen hohen Energieverbrauch, eine starke Umweltverschmutzung und einen geringen Automatisierungsgrad, was die Entwicklung von Graphitanodenmaterialien in gewissem Maße einschränkt. Dies ist das Hauptproblem, das im Produktionsprozess von Anodenmaterialien dringend gelöst werden muss.
1. Aktuelle Situation und Vergleich des Negativgraphitierungsofens
1.1 Negativgraphitisierungsofen von Atchison
Bei dem modifizierten Ofentyp, der auf dem traditionellen Aitcheson-Elektroden-Graphitisierungsofen basiert, ist der ursprüngliche Ofen mit einem Graphittiegel als Träger des negativen Elektrodenmaterials beladen (der Tiegel ist mit karbonisiertem negativem Elektrodenrohmaterial beladen), der Ofenkern ist mit Heizung gefüllt Widerstandsmaterial, die äußere Schicht ist mit Isoliermaterial und Ofenwandisolierung gefüllt. Nach der Elektrifizierung wird hauptsächlich durch die Erwärmung des Widerstandsmaterials eine hohe Temperatur von 2800 bis 3000 °C erzeugt, und das negative Material im Tiegel wird indirekt erhitzt, um die Hochtemperatur-Steinfärbung des negativen Materials zu erreichen
1.2. Graphitisierungsofen mit interner Beheizung
Das Ofenmodell bezieht sich auf den seriellen Graphitisierungsofen, der zur Herstellung von Graphitelektroden verwendet wird, und mehrere Elektrodentiegel (beladen mit negativem Elektrodenmaterial) sind in Längsrichtung in Reihe geschaltet. Der Elektrodentiegel ist sowohl Träger als auch Heizkörper, und der Strom fließt durch den Elektrodentiegel, um eine hohe Temperatur zu erzeugen und das interne negative Elektrodenmaterial direkt zu erhitzen. Der GRAFITisierungsprozess verwendet kein Widerstandsmaterial, was den Prozessvorgang des Ladens und Backens vereinfacht und den Wärmespeicherverlust des Widerstandsmaterials reduziert, wodurch der Stromverbrauch gespart wird
1.3 Graphitisierungsofen vom Gitterkastentyp
Die Nr. 1-Anwendung hat in den letzten Jahren zugenommen. Der Schwerpunkt liegt auf der erlernten Reihe von Acheson-Graphitisierungsöfen und den verketteten Technologieeigenschaften von Graphitisierungsöfen, dem Ofenkern aus mehreren Teilen der Anodenplattengitter-Materialkastenstruktur und dem Material in der Kathode im Rohmaterial Alle Schlitzverbindungen zwischen der Anodenplattensäule sind fest, jeder Behälter verwendet eine Anodenplattendichtung aus dem gleichen Material. Die Säule und die Anodenplatte der Materialkastenstruktur bilden zusammen den Heizkörper. Der Strom fließt durch die Elektrode des Ofenkopfes in den Heizkörper des Ofenkerns und die erzeugte hohe Temperatur erhitzt direkt das Anodenmaterial im Kasten, um den Zweck der Graphitisierung zu erreichen
1.4 Vergleich dreier Graphitierungsofentypen
Der Graphitisierungsofen mit interner Hitze dient dazu, das Material direkt durch Erhitzen der hohlen Graphitelektrode zu erhitzen. Die durch den Strom durch den Elektrodentiegel erzeugte „Joulesche Wärme“ wird hauptsächlich zum Erhitzen des Materials und des Tiegels verwendet. Die Aufheizgeschwindigkeit ist hoch, die Temperaturverteilung ist gleichmäßig und der thermische Wirkungsgrad ist höher als beim herkömmlichen Atchison-Ofen mit Widerstandsmaterialheizung. Der Gitterkasten-Graphitisierungsofen nutzt die Vorteile des seriellen Graphitisierungsofens mit interner Wärme und verwendet die vorgebackene Anodenplatte mit geringeren Kosten als Heizkörper. Im Vergleich zum seriellen Graphitisierungsofen ist die Ladekapazität des Gitterbox-Graphitisierungsofens größer und der Stromverbrauch pro Produkteinheit wird entsprechend reduziert
2. Entwicklungsrichtung des Negativgraphitisierungsofens
2. 1 Optimieren Sie die Struktur der Außenwand
Derzeit ist die Wärmedämmschicht mehrerer Graphitierungsöfen hauptsächlich mit Ruß und Petrolkoks gefüllt. Dieser Teil des Isoliermaterials wird bei der Herstellung durch Oxidation bei hoher Temperatur verbrannt, und jedes Mal, wenn die Belastung auftritt, ist es erforderlich, ein spezielles Isoliermaterial zu ersetzen oder zu ergänzen, was zu einer schlechten Umgebung des Prozesses und hoher Arbeitsintensität führt.
Es kann in Betracht gezogen werden, spezielle hochfeste und hochtemperaturbeständige Zementmauerwerksziegel aus Lehm zu verwenden, um die Gesamtfestigkeit zu verbessern, die Stabilität der Wand während des gesamten Betriebszyklus bei Verformung zu gewährleisten, gleichzeitig die Ziegelnaht abzudichten und übermäßige Luft durch die Ziegelmauer zu verhindern Risse und Fugenspalte im Ofen reduzieren den Oxidationsverbrennungsverlust von Isoliermaterial und Anodenmaterialien;
Die zweite besteht darin, die gesamte bewegliche Isolierschicht außerhalb der Ofenwand zu installieren, beispielsweise durch die Verwendung von hochfesten Faserplatten oder Kalziumsilikatplatten. Die Heizstufe spielt eine wirksame Dichtungs- und Isolierrolle, die Kaltstufe lässt sich bequem entfernen schnelle Abkühlung; Drittens ist der Belüftungskanal im Boden des Ofens und in der Ofenwand angebracht. Der Lüftungskanal übernimmt die vorgefertigte Gitterziegelstruktur mit der weiblichen Öffnung des Gürtels, stützt das Hochtemperatur-Zementmauerwerk und berücksichtigt die Zwangslüftungskühlung in der Kaltphase.
2. 2 Optimieren Sie die Stromversorgungskurve durch numerische Simulation
Derzeit wird die Stromversorgungskurve des Negativelektroden-Graphitisierungsofens erfahrungsgemäß erstellt und der Graphitierungsprozess jederzeit manuell entsprechend der Temperatur und dem Ofenzustand angepasst, und es gibt keinen einheitlichen Standard. Die Optimierung der Heizkurve kann offensichtlich den Stromverbrauchsindex senken und den sicheren Betrieb des Ofens gewährleisten. Das NUMERISCHE MODELL DER Nadelausrichtung SOLLTE mit wissenschaftlichen Mitteln entsprechend verschiedenen Randbedingungen und physikalischen Parametern erstellt werden, und die Beziehung zwischen Strom, Spannung, Gesamtleistung und der Temperaturverteilung des Querschnitts im Graphitisierungsprozess sollte analysiert werden, um so z die passende Heizkurve zu formulieren und im laufenden Betrieb kontinuierlich anzupassen. Beispielsweise wird in der Anfangsphase der Kraftübertragung eine hohe Kraftübertragung verwendet, dann wird die Leistung schnell reduziert und dann langsam erhöht, die Leistung erhöht und dann die Leistung bis zum Ende der Leistung reduziert
2. 3 Verlängern Sie die Lebensdauer von Tiegel und Heizkörper
Neben dem Stromverbrauch bestimmt auch die Lebensdauer von Tiegel und Heizgerät direkt die Kosten der Negativgraphitierung. Bei Graphittiegeln und Graphitheizkörpern reduzieren das Produktionsmanagementsystem der Beladung, eine angemessene Steuerung der Heiz- und Abkühlgeschwindigkeit, eine automatische Tiegelproduktionslinie, eine verstärkte Abdichtung zur Verhinderung von Oxidation und andere Maßnahmen zur Verlängerung der Tiegelrecyclingzeiten die Graphitkosten wirksam Einfärben. Zusätzlich zu den oben genannten Maßnahmen kann die Heizplatte des Gitterkasten-Graphitisierungsofens auch als Heizmaterial aus vorgebackener Anode, Elektrode oder festem kohlenstoffhaltigem Material mit hohem spezifischem Widerstand verwendet werden, um Graphitisierungskosten zu sparen.
2.4 Rauchgasregelung und Abwärmenutzung
Das bei der Graphitisierung erzeugte Rauchgas stammt hauptsächlich aus flüchtigen Stoffen und Verbrennungsprodukten von Anodenmaterialien, verbranntem Kohlenstoff an der Oberfläche, Luftleckagen usw. Zu Beginn des Ofenstarts entweichen flüchtige Stoffe und Staub in großer Zahl, die Werkstattumgebung ist schlecht, die meisten Unternehmen verfügen nicht über wirksame Behandlungsmaßnahmen, dies ist das größte Problem, das die Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz der Bediener in der Produktion negativer Elektroden beeinträchtigt. Es sollten mehr Anstrengungen unternommen werden, um die effektive Sammlung und Verwaltung von Rauchgasen und Staub in der Werkstatt umfassend zu berücksichtigen, und es sollten angemessene Belüftungsmaßnahmen ergriffen werden, um die Werkstatttemperatur zu senken und das Arbeitsumfeld der Graphitierungswerkstatt zu verbessern.
Nachdem das Rauchgas durch den Rauchabzug in die gemischte Verbrennungskammer der Brennkammer gesammelt und der größte Teil des Teers und Staubs im Rauchgas entfernt werden kann, wird erwartet, dass die Temperatur des Rauchgases in der Brennkammer über 800 °C liegt Die Abwärme des Rauchgases kann über den Abhitzedampfkessel oder den Rohrbündelwärmetauscher zurückgewonnen werden. Als Referenz kann auch die RTO-Verbrennungstechnologie verwendet werden, die bei der Rauchbehandlung von Kohlenstoffasphalt verwendet wird. Dabei wird das Asphaltrauchgas auf 850 bis 900 °C erhitzt. Durch die Wärmespeicherverbrennung werden der Asphalt und die flüchtigen Bestandteile sowie andere polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe im Rauchgas oxidiert und schließlich in CO2 und H2O zersetzt, und die effektive Reinigungseffizienz kann über 99 % erreichen. Das System verfügt über einen stabilen Betrieb und eine hohe Betriebsrate.
2. 5 Vertikaler kontinuierlicher negativer Graphitisierungsofen
Die oben erwähnten verschiedenen Arten von Graphitisierungsöfen stellen die Hauptofenstruktur der Anodenmaterialproduktion in China dar. Der gemeinsame Punkt ist die periodische intermittierende Produktion, die geringe thermische Effizienz, die Beladung beruht hauptsächlich auf manuellem Betrieb und der Automatisierungsgrad ist nicht hoch. Ein ähnlicher vertikaler kontinuierlicher negativer Graphitisierungsofen kann unter Bezugnahme auf das Modell des Petrolkoks-Kalzinierungsofens und des Bauxit-Kalzinierungsschachtofens entwickelt werden. Der Widerstands-ARC wird als Hochtemperatur-Wärmequelle verwendet, das Material wird kontinuierlich durch seine eigene Schwerkraft entladen, und die herkömmliche Wasserkühlungs- oder Vergasungskühlstruktur wird zum Kühlen des Hochtemperaturmaterials im Auslassbereich und das pneumatische Pulverfördersystem verwendet dient zum Austragen und Zuführen des Materials außerhalb des Ofens. Der OFEN-Typ kann eine kontinuierliche Produktion realisieren, der Wärmespeicherverlust des Ofenkörpers kann vernachlässigt werden, so dass der thermische Wirkungsgrad erheblich verbessert wird, die Vorteile bei Leistung und Energieverbrauch offensichtlich sind und der vollautomatische Betrieb vollständig realisiert werden kann. Die Hauptprobleme, die es zu lösen gilt, sind die Fließfähigkeit des Pulvers, die Gleichmäßigkeit des Graphitisierungsgrads, die Sicherheit, die Temperaturüberwachung und -kühlung usw. Es wird davon ausgegangen, dass die erfolgreiche Entwicklung des Ofens für die industrielle Produktion eine Revolution auslösen wird das Gebiet der Graphitisierung negativer Elektroden.
3 die Knotensprache
Der chemische Graphitprozess ist das größte Problem, mit dem Hersteller von Anodenmaterialien für Lithiumbatterien zu kämpfen haben. Der Hauptgrund dafür ist, dass es immer noch einige Probleme hinsichtlich Stromverbrauch, Kosten, Umweltschutz, Automatisierungsgrad, Sicherheit und anderen Aspekten des weit verbreiteten periodischen Graphitisierungsofens gibt. Der zukünftige Trend der Branche geht in Richtung der Entwicklung einer vollautomatischen und organisierten Emissions-Kontinuierlich-Produktionsofenstruktur und der Unterstützung ausgereifter und zuverlässiger Hilfsprozessanlagen. Zu diesem Zeitpunkt werden die Graphitisierungsprobleme, mit denen die Unternehmen zu kämpfen haben, erheblich verbessert, und die Branche wird in eine Phase stabiler Entwicklung eintreten, die die rasche Entwicklung neuer energiebezogener Industrien vorantreibt
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. August 2022