世界中で新エネルギー車の急速な発展に伴い、リチウム電池の負極材料の市場需要が大幅に増加しています。統計によると、2021年には業界上位8社のリチウム電池負極企業が生産能力を100万トン近くまで拡大する計画だ。黒鉛化は、アノード材料の指数とコストに最も大きな影響を与えます。中国の黒鉛化装置は種類が多く、エネルギー消費量が多く、汚染がひどく、自動化の程度が低いため、黒鉛負極材料の開発はある程度制限されています。これは、負極材料の製造工程において早急に解決すべき主要な問題である。
1. 負黒鉛化炉の現状と比較
1.1 アチソン負黒鉛化炉
従来の電極アイチソン炉黒鉛化炉をベースにした改造炉タイプでは、元の炉に負極材料のキャリアとして黒鉛るつぼが装填され（るつぼには炭化した負極原料が装填されます）、炉心は加熱で満たされます。抵抗材料、外層は断熱材と炉壁断熱材で満たされています。通電後、主に抵抗体材料の加熱により2800～3000℃の高温が発生し、るつぼ内の負極材料が間接的に加熱され、負極材料の高温ストーンインクが得られます。
1.2.内部加熱式黒鉛化炉
炉モデルは黒鉛電極の製造に使用される直列黒鉛化炉を参考にしており、複数の電極るつぼ（負極材料を充填）が縦方向に直列に接続されています。電極るつぼは担体と加熱体を兼ねており、電極るつぼに電流が流れることで高温が発生し、内部の負極材を直接加熱します。グラファイト化プロセスは抵抗材料を使用しないため、ロードおよびベーキングのプロセス操作が簡略化され、抵抗材料の蓄熱ロスが減少し、消費電力が節約されます。
1.3 グリッドボックス型黒鉛化炉
近年増加しているNo.1アプリケーションは、主にシリーズアチソン黒鉛化炉と黒鉛化炉の連結技術の特徴、複数枚の陽極板グリッド材料ボックス構造を使用する炉心、原料中の陰極への材料、アノードプレートカラム間のすべてのスロット接続は固定されており、各容器には同じ材料のアノードプレートシールが使用されています。資材箱構造体の支柱と陽極板とで発熱体を構成する。電気は炉頭の電極を通って炉芯の発熱体に流れ、発生した高温によりボックス内の陽極材料が直接加熱され、黒鉛化の目的が達成されます。
1.4 3種類の黒鉛化炉の比較
内熱式黒鉛化炉は中空黒鉛電極を加熱することで材料を直接加熱する炉です。電極るつぼを流れる電流によって発生する「ジュール熱」は、主に材料とるつぼを加熱するために使用されます。加熱速度が速く、温度分布が均一で、抵抗材料加熱を使用する従来のアチソン炉よりも熱効率が高くなります。グリッドボックス黒鉛化炉は、内部加熱式連続黒鉛化炉の利点を活かし、加熱体として低コストのプリベーク陽極板を採用しています。グリッドボックス黒鉛化炉は、連続式黒鉛化炉に比べて投入能力が大きいため、製品単位当たりの消費電力が低減されます。
2. 負黒鉛化炉の開発方向
2.1 外周壁構造の最適化
現在、いくつかの黒鉛化炉の断熱層には主にカーボンブラックと石油コークスが充填されています。断熱材のこの部分は、生産中に高温酸化燃焼するため、負荷がかかるたびに特別な断熱材を交換または補充する必要があり、劣悪な環境、高い労働力のプロセスで交換する必要があります。
特別な高強度および高温のセメント石積み壁スティック日干しレンガを使用し、全体の強度を高め、動作サイクル全体で壁の変形安定性を確保し、同時にレンガの継ぎ目をシールし、レンガ壁を通る過剰な空気を防ぐことを検討できます。炉内への亀裂や接合部の隙間を除去し、絶縁材や陽極材の酸化燃焼損失を低減します。
2つ目は、高強度ファイバーボードやケイ酸カルシウムボードの使用など、炉壁の外側にぶら下がっているバルク可動断熱層全体を設置することです。加熱ステージは効果的なシールと断熱の役割を果たし、コールドステージは取り外しが便利です。急速冷却;第三に、炉の底部と炉壁に通気路を設けます。通気路は、ベルトの雌口を備えたプレハブ格子レンガ構造を採用し、高温セメント石積みをサポートし、低温段階での強制換気冷却を考慮しています。
2.2 数値シミュレーションによる電源カーブの最適化
現在、負極黒鉛化炉の電力供給曲線は経験に基づいて作成されており、黒鉛化プロセスは温度と炉の状態に応じて随時手動で調整されており、統一された基準はありません。加熱曲線を最適化すると、明らかに消費電力指数が低下し、炉の安全な動作が保証されます。ニードルアライメントの数値モデルは、さまざまな境界条件と物理的パラメータに従って科学的手段によって確立されるべきであり、グラフ化プロセスにおける電流、電圧、総電力と断面の温度分布の間の関係が分析される必要があります。適切な加熱曲線を作成し、実際の操作で継続的に調整します。たとえば、動力伝達の初期段階では高出力の伝達を使用し、その後すぐに出力を下げてからゆっくりと上昇させ、その後出力が終了するまで出力を下げます。
2.3 るつぼと発熱体の寿命を延ばす
消費電力に加えて、るつぼとヒーターの寿命も負黒鉛化のコストを直接決定します。黒鉛るつぼと黒鉛加熱体については、搬出の生産管理システム、加熱および冷却速度の合理的な制御、自動るつぼ生産ライン、酸化を防ぐためのシールの強化、およびるつぼのリサイクル時間を増やすためのその他の措置を効果的に削減し、黒鉛のコストを効果的に削減します。墨入れ中。上記の対策に加えて、グリッドボックス黒鉛化炉の加熱プレートを、プリベークされた陽極、電極、または高抵抗の固定炭素質材料の加熱材料として使用して、黒鉛化コストを節約することもできます。
2.4 排ガス制御と廃熱利用
黒鉛化中に発生する排ガスは主に、アノード材料の揮発性物質や燃焼生成物、表面炭素の燃焼、空気漏れなどに由来します。炉の始動初期には、揮発性物質や粉塵が大量に飛散し、作業場の環境は劣悪で、ほとんどの企業は効果的な処理手段を持っていません。これは、負極生産における作業者の労働安全衛生に影響を与える最大の問題です。作業場における煙道ガスと粉塵の効果的な収集と管理を総合的に検討するためのさらなる努力がなされるべきであり、作業場の温度を下げ、黒鉛化作業場の作業環境を改善するために合理的な換気対策を講じるべきである。
排ガスが煙道を通って混合燃焼室に集められた後、排ガス中のタールとダストの大部分が除去されます。燃焼室内の排ガスの温度は 800℃以上になることが予想され、排ガスの廃熱は、廃熱蒸気ボイラーまたはシェル熱交換器を通じて回収できます。カーボンアスファルト煙処理で使用されるRTO焼却技術も参考にでき、アスファルト排ガスは850～900℃に加熱されます。蓄熱燃焼により、排ガス中のアスファルトや揮発成分などの多環芳香族炭化水素が酸化され、最終的にCO2とH2Oに分解され、有効浄化効率は99％以上に達します。安定した稼働と高い稼働率を実現しています。
2.5 縦型連続負黒鉛化炉
上記の数種類の黒鉛化炉は、中国の陽極材料生産の主要な炉構造であり、共通点は、定期的な断続的な生産、低い熱効率、積み出しは主に手動に依存し、自動化の程度は高くありません。石油コークス焼成炉とボーキサイト焼成シャフト炉のモデルを参考にして、同様の縦型連続負黒鉛化炉を開発できます。高温熱源として抵抗ARCを使用し、原料は自重により連続的に排出され、出口部の高温原料の冷却には従来の水冷またはガス化冷却構造を採用し、粉体空気輸送システムを採用しています。原料を炉外に排出、供給するために使用します。 FURNACEタイプは連続生産を実現でき、炉体の蓄熱ロスを無視できるため、熱効率が大幅に向上し、出力とエネルギー消費の利点が明らかで、全自動運転を完全に実現できます。解決すべき主な問題は、粉末の流動性、黒鉛化度の均一性、安全性、温度監視と冷却などである。工業生産規模に対応した炉の開発が成功すれば、産業革命が始まると考えられている。負極黒鉛化分野。
3 結び目の言語
黒鉛の化学プロセスは、リチウム電池の負極材料メーカーを悩ませている最大の問題です。その根本的な理由は、広く使用されている周期黒鉛化炉の消費電力、コスト、環境保護、自動化度、安全性などの面でまだいくつかの問題があるためです。業界の将来の傾向は、完全に自動化され組織化された排出連続生産炉構造の開発と、成熟した信頼性の高い補助プロセス施設のサポートに向かう方向にあります。その際、企業を悩ませている黒鉛化問題は大幅に改善され、業界は安定発展期に入り、新エネルギー関連産業の急速な発展が促進されるだろう。
投稿日時: 2022 年 8 月 19 日