石(shi)墨(mo)化(hua)設(she)備(bei)——石墨(mo)化(hua)爐介(jie)紹(shao) 

2026年(nian)01月(yue)10日，由中國粉(fen)體(ti)網(wang)主辦的(de)“2020石墨(mo)基(ji)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)負極(ji)材料(liao)研(yan)究網(wang)絡(luo)研(yan)討會”在(zai)粉(fen)體(ti)公(gong)開(kai)課(ke)直播(bo)平(ping)臺(tai)如期舉(ju)行(xing)。本次研(yan)討會就(jiu)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)用負極(ji)材料(liao)的(de)發展(zhan)、工(gong)藝(yi)、設(she)備(bei)及市場現(xian)狀(zhuang)進(jin)行(xing)深入(ru)探(tan)討。貝(bei)特瑞新(xin)材料(liao)集(ji)團(tuan)股(gu)份(fen)有(you)限(xian)公司(si)研(yan)究院副院長(chang)李(li)子(zi)坤(kun)博(bo)士從(cong)石(shi)墨化(hua)理論(lun)基(ji)礎(chu)內(nei)容(rong)、石(shi)墨(mo)化(hua)關鍵(jian)技術及石(shi)墨(mo)化(hua)發展(zhan)趨(qu)勢(shi)三個(ge)方(fang)面為(wei)大家帶(dai)來了(le)細致地講(jiang)解與(yu)分(fen)享(xiang)。其中(zhong)在(zai)介(jie)紹(shao)石(shi)墨(mo)化(hua)設(she)備(bei)——石墨(mo)化(hua)爐環(huan)節(jie)吸(xi)引了小(xiao)編的(de)興趣(qu)，今(jin)天(tian)我們(men)就(jiu)結(jie)合(he)李博士的(de)內(nei)容(rong)為(wei)大家進(jin)行(xing)整(zheng)理關於石(shi)墨(mo)化(hua)爐的(de)知識供(gong)大家參考(kao)！

石墨化(hua)的(de)表(biao)述(shu)很(hen)多，簡單來說，石墨(mo)化(hua)就(jiu)是熱(re)處理。使原本(ben)分(fen)布雜亂無(wu)章(zhang)的(de)碳原子(zi)整(zheng)齊排列。值(zhi)得(de)註意(yi)的(de)是，不(bu)管(guan)是大規(gui)格(ge)的(de)各向(xiang)同(tong)性(xing)石(shi)墨(mo)，還(hai)是小(xiao)規格(ge)的(de)電(dian)刷(shua)、導電(dian)滑(hua)塊，甚(shen)至(zhi)是鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)負極(ji)材料(liao)等(deng)壹(yi)系(xi)列(lie)的(de)炭—石(shi)墨(mo)制(zhi)品(pin)，石墨(mo)化(hua)都(dou)是其(qi)工(gong)業(ye)生產過(guo)程的(de)壹個(ge)關鍵(jian)技術環(huan)節。



石墨化(hua)晶格(ge)轉變示(shi)意(yi)圖(tu)



石(shi)墨化(hua)過程(cheng)自(zi)動控制(zhi)系(xi)統

石(shi)墨(mo)化(hua)按照(zhao)加熱方(fang)式可分(fen)為(wei)直接法和(he)間(jian)接法，按(an)照(zhao)運行(xing)方(fang)式可分(fen)為(wei)間歇(xie)式和(he)連(lian)續(xu)式。石(shi)墨(mo)化(hua)工(gong)藝(yi)是炭(tan)石(shi)墨類(lei)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)負極(ji)材料(liao)生產的(de)重(zhong)要工(gong)藝(yi)，石墨(mo)化(hua)度(du) 是鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)負極(ji)材料(liao)的(de)重(zhong)要指(zhi)標。在(zai)石(shi)墨化(hua)溫(wen)度(du)提高到接近2200℃時(shi)，鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)負極(ji)材料(liao)的(de)雜質(zhi)基(ji)本(ben)上(shang)已(yi)經(jing)被(bei)排(pai)除(chu)。要對(dui)材料(liao)進(jin)行(xing)石(shi)墨(mo)化(hua)，就(jiu)要用到加工(gong)設(she)備(bei)——石墨(mo)化(hua)爐。

五(wu)種類型(xing)石(shi)墨(mo)化(hua)爐介(jie)紹(shao)



圖(tu)片來自(zi)：李(li)子(zi)坤(kun).石(shi)墨(mo)化(hua)技術的(de)現狀(zhuang)與(yu)發展(zhan)

石(shi)墨(mo)化(hua)設(she)備(bei)按不(bu)同(tong)的(de)方(fang)式分(fen)為(wei)兩(liang)大類(lei)：即(ji)按(an)加熱方(fang)式分(fen)為(wei)直接加熱爐和(he)間(jian)接加熱爐。直接加熱爐以(yi)待受(shou)熱處理的(de)物(wu)料(liao)直接作為(wei)發熱(re)體(ti)；間接加熱爐是物(wu)料(liao)只(zhi)是受(shou)熱(re)體，熱(re)量來自(zi)於物(wu)料(liao)外(wai)圍的(de)發熱(re)體(ti)。

按運(yun)行設(she)計方(fang)式分(fen)類分(fen)為(wei)艾奇(qi)遜石(shi)墨化(hua)爐、內(nei)串(chuan)式石(shi)墨(mo)化(hua)爐、真空石墨(mo)化(hua)爐、連(lian)續(xu)式石(shi)墨(mo)化(hua)爐以(yi)及箱體(ti)式石(shi)墨(mo)化(hua)爐五(wu)種主要類(lei)型。

￭艾奇(qi)遜石(shi)墨化(hua)爐

1985年(nian)，E.G．艾(ai)奇(qi)遜發明(ming)石(shi)墨(mo)化(hua)爐，隨著工(gong)業(ye)的(de)發展(zhan)，石(shi)墨(mo)化(hua)爐的(de)結(jie)構也(ye)有(you)了(le)很大的(de)發展(zhan)。艾(ai)奇(qi)遜爐(lu)有(you)了(le)直流電(dian)爐(lu)和(he)交流電(dian)爐(lu)。這(zhe)種(zhong)爐(lu)子(zi)結(jie)構簡(jian)單、堅固耐用、容易維修。



圖(tu)片來自(zi)：李(li)子(zi)坤(kun).石(shi)墨(mo)化(hua)技術的(de)現狀(zhuang)與(yu)發展(zhan)

艾(ai)奇(qi)遜石(shi)墨化(hua)爐按(an)加熱方(fang)式分(fen)類，它(ta)屬於直接加熱式電(dian)爐(lu)。直接加熱式爐(lu)就(jiu)是制(zhi)品(pin)本身是導電(dian)體(ti)，通(tong)過電(dian)阻(zu)加熱，從而(er)使制(zhi)品(pin)完成(cheng)石(shi)墨(mo)化(hua)。

早期(qi)的(de)艾奇(qi)遜石(shi)墨化(hua)爐采用的(de)是交流電(dian)，但(dan)交流電(dian)存(cun)在(zai)功率(lv)小(xiao)、電(dian)流密度(du)低、功率(lv)因(yin)數(shu)低(di)、送(song)電(dian)時(shi)間(jian)長等(deng)缺(que)點。20世紀(ji)60年代(dai)後(hou)隨著整(zheng)流設(she)備(bei)的(de)快速(su)發展(zhan)，艾(ai)奇(qi)遜石(shi)墨化(hua)爐開(kai)始(shi)采用直流供(gong)電(dian)，大大降(jiang)低了(le)能耗(hao)。石(shi)墨化(hua)爐中(zhong)的(de)電(dian)阻(zu)主(zhu)要由電(dian)阻(zu)料(liao)提(ti)供(gong)，可見(jian)在(zai)整(zheng)個石墨化(hua)過程(cheng)中(zhong)，熱(re)量(liang)主(zhu)要是由電(dian)阻(zu)料(liao)傳入(ru)制(zhi)品(pin)的(de)，進(jin)入(ru)制(zhi)品(pin)的(de)電(dian)流比(bi)率很(hen)小(xiao)。

若(ruo)電(dian)阻(zu)料(liao)的(de)電(dian)阻(zu)不(bu)均(jun)勻，會造成(cheng)爐(lu)芯(xin)溫(wen)度(du)不均(jun)勻，從(cong)而導致石墨(mo)化(hua)制(zhi)品(pin)產生裂紋(wen)，成(cheng)為(wei)廢品(pin)。在(zai)通(tong)電(dian)開(kai)始(shi)時(shi)，功率(lv)過(guo)大及功率(lv)上(shang)升(sheng)過(guo)快，都(dou)會使爐心(xin)溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng)過(guo)快，這(zhe)對(dui)大規(gui)格(ge)的(de)和(he)細結(jie)構的(de)石墨(mo)產(chan)品(pin)極(ji)易產(chan)生裂紋(wen)。

艾(ai)奇(qi)遜石(shi)墨化(hua)爐是目(mu)前(qian)國內(nei)生產高純石(shi)墨(mo)的(de)主要爐(lu)型之(zhi)壹(yi)，該爐(lu)生產周期(qi)長、能耗(hao)大、效(xiao)率(lv)低、間(jian)斷(duan)式生產。據(ju)有(you)關資料(liao)介(jie)紹(shao)，艾(ai)奇(qi)遜石(shi)墨化(hua)爐生產電(dian)耗(hao)約為(wei) 4000 ～ 4800kwh/t。

￭內(nei)串(chuan)式石(shi)墨(mo)化(hua)爐



圖(tu)片來自(zi)：李(li)子(zi)坤(kun).石(shi)墨(mo)化(hua)技術的(de)現狀(zhuang)與(yu)發展(zhan)

內(nei)串(chuan)式石(shi)墨(mo)化(hua)爐是內(nei)熱(re)式串(chuan)接石墨(mo)化(hua)爐，是由美國人卡斯特鈉(na)發明(ming)的(de)，分(fen)為(wei)臥(wo)式內(nei)串(chuan)和(he)立體內(nei)串(chuan)。內(nei)串(chuan)式石(shi)墨(mo)化(hua)工(gong)藝(yi)與(yu)艾(ai)奇(qi)遜石(shi)墨化(hua)工(gong)藝(yi)的(de)主要區(qu)別是產(chan)品(pin)加熱直接通過(guo)電(dian)極(ji)本身，而不需(xu)要電(dian)阻(zu)材料(liao)發熱(re)。這(zhe)也(ye)是內(nei)串(chuan)式石(shi)墨(mo)化(hua)工(gong)藝(yi)較(jiao)艾奇(qi)遜石(shi)墨化(hua)工(gong)藝(yi)改進(jin)的(de)主要特點。由於內(nei)串(chuan)式石(shi)墨(mo)化(hua)工(gong)藝(yi)沒有(you)填充(chong)料(liao)，因(yin)而可以減(jian)少熱量(liang)的(de)帶出(chu)，即(ji)可減少(shao)熱量帶(dai)出(chu)10%，降(jiang)低電(dian)耗(hao)20%~35%。內(nei)串(chuan)式石(shi)墨(mo)化(hua)爐具(ju)有(you)熱(re)效率高、送電(dian)時(shi)間(jian)短等(deng)特點，在(zai)高溫(wen)階(jie)段(duan)僅(jin)需(xu)1~2h。產(chan)品(pin)直接加熱時電(dian)阻(zu)均(jun)勻，產(chan)品(pin)的(de)成(cheng)品(pin)率高。從20世紀(ji)80年代(dai)開(kai)始(shi)，德國、美國、日本等(deng)國的(de)炭素(su)廠(chang)生產大規(gui)格(ge)超高功率(lv)石(shi)墨電(dian)極(ji)多數(shu)已(yi)采用內(nei)串(chuan)式石(shi)墨(mo)化(hua)工(gong)藝(yi)。內(nei)串(chuan)式石(shi)墨(mo)化(hua)爐的(de)爐型(xing)可分(fen)為(wei)I型U型(xing)W型和(he)梅花(hua)型，其(qi)中(zhong)U型(xing)爐較(jiao)多，有(you)單柱和(he)多柱的(de)，有(you)兩(liang)折(zhe)、四折甚(shen)至(zhi)多折的(de)。

影(ying)響(xiang)內(nei)串(chuan)式石(shi)墨(mo)化(hua)產品(pin)指(zhi)標的(de)因(yin)素有(you)很(hen)多，例如較(jiao)快的(de)升(sheng)溫(wen)速(su)率(lv)和(he)同(tong)直流石墨(mo)化(hua)相比(bi)相對(dui)較(jiao)高的(de)整(zheng)體溫(wen)度(du)，以及使用低檔(dang)原料(liao)和(he)過(guo)度(du)追(zhui)求產品(pin)較(jiao)低 電(dian)阻(zu)率(lv)等(deng)，在(zai)極(ji)高的(de)石墨(mo)化(hua)溫(wen)度(du)下產(chan)品(pin)接觸(chu)部位及電(dian)極(ji)芯部產(chan)生的(de)升(sheng)華(hua)現(xian)象也(ye)都(dou)會對石(shi)墨(mo)化(hua)產品(pin)產生影(ying)響(xiang)。

但(dan)內(nei)串(chuan)式石(shi)墨(mo)化(hua)也(ye)有(you)壹(yi)定的(de)缺點，如爐(lu)溫(wen)不(bu)及艾(ai)奇(qi)遜石(shi)墨化(hua)爐高。據有(you)關資料(liao)介(jie)紹(shao)，內(nei)熱(re)串(chuan)接石墨(mo)化(hua)爐生產電(dian)耗(hao)約為(wei)3300～4000kwh/t。

￭真空石墨(mo)化(hua)爐

真空石墨(mo)化(hua)爐是在(zai)“真空”環境(jing)下對(dui)物(wu)料(liao)進(jin)行(xing)高溫(wen)處理的(de)中小(xiao)型石墨化(hua)爐，壹(yi)般(ban)用於實(shi)驗(yan)室(shi)或者(zhe)小(xiao)批(pi)次生產的(de)裝置(zhi)，采用電(dian)阻(zu)加熱形式，溫(wen)度(du)可達(da)3000℃；且(qie)溫(wen)度(du)均(jun)勻性(xing)好(hao)；特殊的(de)高溫(wen)紅外測(ce)量(liang)技術，控溫(wen)準(zhun)確，誤差小(xiao)；外循(xun)環冷(leng)系(xi)統，單爐(lu)生產周期(qi)短，效率(lv)高。