CN105036125B - 锂电池负极材料石墨化炉以及石墨化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池负极材料石墨化炉，包括由耐火砼炉头墙体、耐火砼炉尾墙体和两侧耐火砼墙体围成的长方形炉体，在炉头墙体和炉尾墙体上设有导电电极，导电电极一端伸入至炉体内部，一端伸出到炉头墙体、炉尾墙体外连接供电电源，长方形炉体内设有炭板箱体，所述炭板箱体包括两端的石墨块墙一，两侧的炭板墙，上炭板层、下炭板层，以及设置于炭板箱体内的炭块发热芯。本发明以艾奇逊石墨化炉为基础，在炉内设置炭板箱体，并在炭板箱体和炉子墙体之间填充保温层，利用设置于炭板箱体内的炭块发热芯加热，可以大量降低能耗，提高产能，装炉出炉过程严格控制，生产的产品质量高，损耗小。
Description
技术领域
本发明属于锂电池负极材料制备领域，具体涉及一种锂电池负极材料石墨化炉以及采用该炉的石墨化工艺。
背景技术
现在市场上石墨化锂电池负极材料的方法有两种，一种是在石墨化炉中装入石墨坩埚，石墨坩埚内装有锂电池负极材料，石墨坩埚外边用煅后焦做电阻料和保温料，能耗高，产能低，损耗大，二是在串接石墨化炉中，采用梅花形石墨坩埚，坩埚内装有锂电池负极材料，进行石墨化，这种方法也存在能耗偏高，产能低，损耗大的弊端。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种能耗低，产量高、产品质量好，损耗小的石墨化炉以及利用该炉对锂电池负极材料石墨化的生产工艺。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种锂电池负极材料石墨化炉，包括由耐火砼炉头墙体、耐火砼炉尾墙体和两侧耐火砼墙体围成的长方形炉体，在炉头墙体和炉尾墙体上设有导电电极，导电电极一端伸入至炉体内部，一端伸出到炉头墙体、炉尾墙体外连接供电电源，长方形炉体内设有炭板箱体，所述炭板箱体包括两端的石墨块墙一，两侧的炭板墙，上炭板层、下炭板层，以及设置于炭板箱体内的炭块发热芯，其中两端的石墨块墙一与两侧的炭板墙围成炭板箱体的主体框架，框架底面是下炭板层，顶面是上炭板层，两端的石墨块墙一与两端的炉头墙体、炉尾墙体之间依次设置石墨粉层一、石墨块墙二、石墨粉层二，两侧的炭板墙与两侧的耐火砼墙体之间设置炭黑保温层，上炭板层上铺引流层及保温层。
进一步的，石墨化炉两侧的墙体外侧设有与墙体一体的耐火砼立柱，数个耐火砼立柱均匀分布于两侧的墙体外侧。
进一步的，炭板箱体两侧的炭板墙与石墨化炉两侧的墙体之间的炭黑保温层厚度为450-550mm。
进一步的，石墨化炉的炉底上铺有用于保温的炭黑层，位于炉底和下炭板层之间，所述炭黑层厚度为500mm。
优选的，所述炭块发热芯由多条条状发热芯层层叠加而成，竖直设置于炭板箱体中，两端分别与炭板箱体两端的石墨块墙一相接，底面与下炭板层相接，顶面与上炭板层相接。
进一步的，还包括测温管，所述测温管安装在石墨化炉的一侧墙体上，一端穿过墙体，同时穿过炭板箱体的炭板墙伸入炭板箱体中，另一端位于石墨化炉的一侧墙体的外侧，所述测温管伸入炭板箱体中的长度为150mm，测温管中心设置“U”形孔。
一种锂电池负极材料石墨化工艺，包括以下步骤：
①首先，在石墨化炉底部铺用于保温的500mm炭黑层，在炭黑层上先放置下炭板层，然后垒砌装配炭板箱体的其它部分，炭板箱体的两侧炭板墙与石墨化炉的墙体之间留有450-550mm间隙，间隙内部填装保温炭黑，形成炭黑保温层，两端石墨块墙一与炉头墙体、炉尾墙体之间留有200mm间隙，间隙内垒砌石墨块墙二，石墨块墙二与石墨块墙一以及炉头墙体、炉尾墙体之间的间隙内填装石墨粉，形成石墨粉层一、石墨粉层二，垒砌装配过程中设置好测温管，导电电极；
②步骤①完成后，在整个石墨化炉上搭建防尘帆布篷，帆布篷顶以及四周均封闭，防止外部杂质落入炉内，同时用吸尘器认真清除炉内的杂物；
③装炉，装炉人员衣服用吸尘器清理干净，装炉工具不得沾染其它杂物，装炉工具采用不锈钢或者塑料工具，负极材料装炉过程，要避免扬尘，避免损失，边装炉边垒砌炭块发热芯，装至差1-2mm满时停止，上面装配上炭板层，防止异物落入炉内；
④上炭板层上面铺200mm生石油焦引流层，引流层上铺400mm石英砂∶焦粉＝4∶6的保温层，然后撤篷检查，导电电极连接电源准备送电；
⑤送电期间在600℃，1200℃，2100℃这三个温度点升温要慢，以红外测温仪实时监测温度，测得所有测温管温度均达到3000℃时，保持12小时3000℃的温度，结束送电；
⑥送电结束后，采用自然常温冷却方法冷却，直至可以出炉；
⑦出炉，清除上部保温层、引流层后，上炭板层小于40℃时搭帆布篷出炉，帆布篷顶以及四周均封闭，防止杂物落入制品中，出炉人员衣服鞋帽要用吸尘器清理干净，出炉工具采用不锈钢，防止磁性物质落入制品中。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明以艾奇逊石墨化炉为基础，在炉内设置炭板箱体，并在炭板箱体和炉子墙体之间填充保温层，利用设置于炭板箱体内的炭块发热芯加热，可以大量降低能耗，提高产能，装炉出炉过程严格控制，生产的产品质量高，损耗小，采用该炉在本发明的工艺下生产，可大幅提高产能，降低生产成本，并且产品质量更加可靠。
附图说明
图1是本发明石墨化炉俯视结构示意图；
图2是本发明炭板箱体侧视结构示意图；
图3是本发明测温管结构示意图；
其中：1、石墨粉层一，2、石墨块墙二，3、导电电极，4、炉头墙体，5、石墨粉层二，6、墙体，7、立柱，8、炭黑保温层，9、炭板墙，11、测温管，12、炭块发热芯，13、石墨块墙一，14、炉尾墙体，15、上炭板层，16、下炭板层，17、“U”形孔。
具体实施方式
下面结合附图对发明做进一步详细描述：
本发明以艾奇逊石墨化炉为基础，在炉内设置炭板箱体，并在炭板箱体和炉子墙体之间填充保温层，利用设置于炭板箱体内的炭块发热芯加热，对锂电池负极材料石墨化。
如图1所示，本发明石墨化炉包括由耐火砼炉头墙体4、耐火砼炉尾墙体14和两侧耐火砼墙体6围成的长方形炉体，在炉头墙体4和炉尾墙体14上设有导电电极3，导电电极3一端伸入至炉体内部，一端伸出到炉头墙体4、炉尾墙体14外连接供电电源，长方形炉体内设有炭板箱体，所述炭板箱体包括两端的石墨块墙一13，两侧的炭板墙9，上炭板层15、下炭板层16，以及设置于炭板箱体内的炭块发热芯12，其中两端的石墨块墙一13与两侧的炭板墙9围成炭板箱体的主体框架，框架底面是下炭板层16，顶面是上炭板层15，两端的石墨块墙一13与两端的炉头墙体4、炉尾墙体14之间依次设置石墨粉层一1、石墨块墙二2、石墨粉层二5，两侧的炭板墙9与两侧的耐火砼墙体6之间设置炭黑保温层8，上炭板层15上铺引流层及保温层。
为了保证石墨化炉两侧的墙体6(长度方向)的稳定牢固程度，在两侧的墙体6外侧设有与墙体一体的耐火砼立柱7，数个耐火砼立柱7均匀分布于两侧的墙体外侧。
为了保证保温效果，降低热量损失，保证炉内温度，所述炭板箱体两侧的炭板墙9与石墨化炉两侧的墙体6之间的炭黑保温层8厚度为450-550mm；所述石墨化炉的炉底上铺有用于保温的炭黑层，位于炉底和下炭板层16之间，并且炭黑层厚度为500mm。
为了保证加热温度，实现加热均匀，提高产品品质，所述的炭块发热芯12设置数个，均匀分布于炭板箱体中，每个炭块发热芯由多条条状发热芯层层叠加而成，竖直设置于炭板箱体中，两端分别与炭板箱体两端的石墨块墙一13相接，底面与下炭板层16相接，顶面与上炭板层15相接。
为了能够实时掌握炉内的加热温度，控制产品质量，本发明在石墨化炉的一侧墙体上安装有数个测温管11，所述测温管11的一端穿过墙体6，同时穿过炭板箱体的炭板墙9伸入炭板箱体中，另一端位于石墨化炉的一侧墙体6的外侧，所述测温管11伸入炭板箱体中的长度为150mm，测温管中心设置“U”形孔17。测温过程中，将惰性气体氩气从“U”形孔的一端通入，氩气即会顺着“U”形孔从其另一端流出，从而将刚测温管内干扰温度测定的气体排出；然后采用红外测温仪对准“U”形孔的通入氩气一端，测定温度。
基于上述锂电池负极材料石墨化炉，采用的锂电池负极材料石墨化工艺，包括以下步骤：
①首先，在石墨化炉底部铺用于保温的500mm炭黑层，在炭黑层上先放置下炭板层16，然后垒砌装配炭板箱体的其它部分，炭板箱体的两侧炭板墙9与石墨化炉的墙体6之间留有450-550mm间隙，间隙内部填装保温炭黑，形成炭黑保温层8，两端石墨块墙一13与炉头墙体4、炉尾墙体14之间留有200mm间隙，间隙内垒砌石墨块墙二2，石墨块墙二2与石墨块墙一13以及炉头墙体4、炉尾墙体14之间的间隙内填装石墨粉，形成石墨粉层一1、石墨粉层二5，垒砌装配过程中设置好测温管11，导电电极；
②步骤①完成后，在整个石墨化炉上搭建防尘帆布篷，帆布篷顶以及四周均封闭，防止外部杂质落入炉内，同时用吸尘器认真清除炉内的杂物；
③装炉，装炉人员衣服用吸尘器清理干净，装炉工具不得沾染其它杂物，装炉工具采用不锈钢或者塑料工具，负极材料装炉过程，要避免扬尘，避免损失，边装炉边垒砌炭块发热芯，装至差1-2mm不满时停止，上面装配上炭板层，防止异物落入炉内；
④上炭板层上面铺200mm生石油焦引流层，引流层上铺400mm石英砂∶焦粉＝4∶6的保温层，然后撤篷检查，导电电极连接电源准备送电；
⑤送电期间在600℃，1200℃，2100℃这三个温度点升温要慢，以红外测温仪实时监测温度，测得所有测温管温度均达到3000℃时，保持12小时3000℃的温度，结束送电。
⑥送电结束后，采用自然常温冷却方法冷却，直至可以出炉；
⑦出炉，清除上部保温层、引流层后，上炭板层小于40℃时搭帆布篷出炉，帆布篷顶以及四周均封闭，防止杂物落入制品中，出炉人员衣服鞋帽要用吸尘器清理干净，出炉工具采用不锈钢，防止磁性物质落入制品中。
上述步骤中，温度可以实时监测，有利于控制炉内的温度，保证产品的品质，装炉出炉过程严格控制，防止杂物灰尘等进入产品中，进一步的保证了产品的品质，在产品出炉过程，要对不同位置的产品进行分装，并做好标记，同时对不同位置的产品取样分析，将检测合格的产品包装入库。
Claims (9)
1.一种锂电池负极材料石墨化炉，包括由耐火砼炉头墙体(4)、耐火砼炉尾墙体(14)和两侧耐火砼墙体(6)围成的长方形炉体，在炉头墙体(4)和炉尾墙体(14)上设有导电电极(3)，导电电极(3)一端伸入至炉体内部，一端伸出到炉头墙体(4)、炉尾墙体(14)外连接供电电源，其特征在于：长方形炉体内设有炭板箱体，所述炭板箱体包括两端的石墨块墙一(13)，两侧的炭板墙(9)，上炭板层(15)、下炭板层(16)，以及设置于炭板箱体内的炭块发热芯(12)，其中两端的石墨块墙一(13)与两侧的炭板墙(9)围成炭板箱体的主体框架，框架底面是下炭板层(16)，顶面是上炭板层(15)，两端的石墨块墙一(13)与两端的炉头墙体(4)、炉尾墙体(14)之间依次设置石墨粉层一(1)、石墨块墙二(2)、石墨粉层二(5)，两侧的炭板墙(9)与两侧的耐火砼墙体(6)之间设置炭黑保温层(8)，上炭板层(15)上铺引流层及保温层。
2.根据权利要求1所述的锂电池负极材料石墨化炉，其特征在于石墨化炉两侧的墙体(6)外侧设有与墙体一体的耐火砼立柱(7)，数个耐火砼立柱(7)均匀分布于两侧的墙体(6)外侧。
3.根据权利要求1所述的锂电池负极材料石墨化炉，其特征在于炭板箱体两侧的炭板墙(9)与石墨化炉两侧的墙体(6)之间的炭黑保温层(8)厚度为450-550mm。
4.根据权利要求1所述的锂电池负极材料石墨化炉，其特征在于石墨化炉的炉底上铺有用于保温的炭黑层，位于炉底和下炭板层(16)之间。
5.根据权利要求4所述的锂电池负极材料石墨化炉，其特征在于所述炭黑层厚度为500mm。
6.根据权利要求1所述的锂电池负极材料石墨化炉，其特征在于所述炭块发热芯(12)由多条条状发热芯层层叠加而成，竖直设置于炭板箱体中，两端分别与炭板箱体两端的石墨块墙一(13)相接，底面与下炭板层(16)相接，顶面与上炭板层(15)相接。
7.根据权利要求1～6任一项所述的锂电池负极材料石墨化炉，其特征在于还包括测温管(11)，所述测温管(11)安装在石墨化炉的一侧墙体(6)上，一端穿过墙体，同时穿过炭板箱体的炭板墙(9)伸入炭板箱体中，另一端位于石墨化炉的一侧墙体(6)的外侧。
8.根据权利要求7所述的锂电池负极材料石墨化炉，其特征在于所述测温管(11)伸入炭板箱体中的长度为150mm，测温管(11)中心设置“U”形孔(17)。
9.一种用于权利要求1所述锂电池负极材料石墨化炉的锂电池负极材料石墨化工艺，包括以下步骤：
①首先，在石墨化炉底部铺用于保温的500mm炭黑层，在炭黑层上先放置下炭板层(16)，然后垒砌装配炭板箱体的其它部分，炭板箱体的两侧炭板墙(9)与石墨化炉的墙体(6)之间留有450-550mm间隙，间隙内部填装保温炭黑，形成炭黑保温层(8)，两端石墨块墙一(13)与炉头墙体(4)、炉尾墙体(14)之间留有200mm间隙，间隙内垒砌石墨块墙二(2)，石墨块墙二(2)与石墨块墙一(13)以及炉头墙体(4)、炉尾墙体(14)之间的间隙内填装石墨粉，形成石墨粉层一(1)、石墨粉层二(5)，垒砌装配过程中设置好测温管(11)，导电电极(3)；
②步骤①完成后，在整个石墨化炉上搭建防尘帆布篷，帆布篷顶以及四周均封闭，防止外部杂质落入炉内，同时用吸尘器认真清除炉内的杂物；
③装炉，装炉人员衣服用吸尘器清理干净，装炉工具不得沾染其它杂物，装炉工具采用不锈钢或者塑料工具，负极材料装炉过程，要避免扬尘，避免损失，边装炉边垒砌炭块发热芯(12)，装至差1-2mm满时停止，上面装配上炭板层(15)，防止异物落入炉内；
④上炭板层(15)上面铺200mm生石油焦引流层，引流层上铺400mm石英砂∶焦粉＝4∶6的保温层，然后撤篷检查，导电电极(3)连接电源准备送电；
⑤送电期间在600℃，1200℃，2100℃这三个温度点升温要慢，以红外测温仪实时监测温度，测得所有测温管(11)温度均达到3000℃时，保持12小时3000℃的温度，结束送电；
⑥送电结束后，采用自然常温冷却方法冷却，直至可以出炉；
⑦出炉，清除上部保温层、引流层后，上炭板层(15)小于40℃时搭帆布篷出炉，帆布篷顶以及四周均封闭，防止杂物落入制品中，出炉人员衣服鞋帽要用吸尘器清理干净，出炉工具采用不锈钢，防止磁性物质落入制品中。
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