Med den raske utviklingen av nye energikjøretøy over hele verden har markedets etterspørsel etter litiumbatterianodematerialer økt betydelig. Ifølge statistikk planlegger bransjens åtte største litiumbatterianodebedrifter å utvide produksjonskapasiteten til nesten én million tonn i 2021. Grafittisering har størst innvirkning på indeksen og kostnaden for anodematerialer. Grafittiseringsutstyret i Kina har mange typer, høyt energiforbruk, mye forurensning og lav grad av automatisering, noe som begrenser utviklingen av grafittanodematerialer til en viss grad. Det er hovedproblemet som må løses raskt i produksjonsprosessen for anodematerialer.
1. Nåværende situasjon og sammenligning av negativ grafittiseringsovn
1.1 Atchison negativ grafittiseringsovn
I den modifiserte ovnstypen basert på den tradisjonelle Aitcheson-grafittiseringsovnen for elektroder, er den originale ovnen lastet med grafittdigel som bærer av negativt elektrodemateriale (digelen er lastet med karbonisert negativt elektroderåmateriale), ovnskjernen er fylt med varmebestandig materiale, det ytre laget er fylt med isolasjonsmateriale og ovnveggisolasjon. Etter elektrifisering genereres en høy temperatur på 2800 ~ 3000 ℃ hovedsakelig ved oppvarming av motstandsmaterialet, og det negative materialet i digelen varmes indirekte opp for å oppnå høytemperatur steinblekking av det negative materialet.
1.2. Intern seriegrafittiseringsovn med varme
Ovnsmodellen er en referanse til den serielle grafittiseringsovnen som brukes til produksjon av grafittelektroder, og flere elektrodedigler (lastet med negativt elektrodemateriale) er seriekoblet i lengderetningen. Elektrodediglen fungerer som både en bærer og et varmelegeme, og strømmen passerer gjennom elektrodediglen for å generere høy temperatur og direkte varme opp det indre negative elektrodematerialet. GRAFITiseringsprosessen bruker ikke motstandsmateriale, noe som forenkler prosessoperasjonen med lasting og baking, og reduserer varmelagringstapet i motstandsmaterialet, noe som sparer strømforbruk.
1.3 Grafittiseringsovn av gitterbokstype
Den viktigste bruken har økt de siste årene. Hoveddelen av bruken er grafittiseringsovnens serie Acheson-teknologi og sammenkoblede egenskaper ved grafittiseringsovnen. Ovnkjernen bruker flere deler av anodeplatens gittermateriale i boksstrukturen. Materialet føres inn i katoden som råmateriale. Anodeplatene er festet gjennom alle slisseforbindelsene mellom kolonnene, og hver beholder forsegles med samme materiale. Kolonnen og anodeplaten i boksstrukturen danner sammen varmelegemet. Elektrisiteten strømmer gjennom elektroden i ovnhodet og inn i varmelegemet i ovnskjernen, og den høye temperaturen som genereres varmer direkte opp anodematerialet i boksen for å oppnå formålet med grafittisering.
1.4 Sammenligning av tre typer grafittiseringsovner
Den interne seriegrafittiseringsovnen med varme varmer opp materialet direkte ved å varme opp den hule grafittelektroden. "Joule-varmen" som produseres av strømmen gjennom elektrodedigelen brukes hovedsakelig til å varme opp materialet og digelen. Oppvarmingshastigheten er rask, temperaturfordelingen er jevn, og den termiske effektiviteten er høyere enn den tradisjonelle Atchison-ovnen med motstandsmaterialeoppvarming. Gitterboksgrafittiseringsovnen drar nytte av fordelene med intern seriegrafittiseringsovn med varme, og bruker en forbakt anodeplate med lavere kostnad som varmelegeme. Sammenlignet med seriegrafittiseringsovnen er lastekapasiteten til gitterboksgrafittiseringsovnen større, og strømforbruket per produkteenhet reduseres tilsvarende.
2. Utviklingsretning for negativ grafittiseringsovn
2. 1 Optimaliser grenseveggens struktur
For tiden er det termiske isolasjonslaget i flere grafittiseringsovner hovedsakelig fylt med karbon svart og petroleumskoks. Denne delen av isolasjonsmaterialet brenner under høy temperaturoksidasjon under produksjonen, og hver gang lasten ut, er det behov for å erstatte eller supplere med et spesielt isolasjonsmateriale. Utskiftingsprosessen er dårlig miljø og arbeidsintensiv.
Det kan vurderes å bruke spesiell høyfast og høytemperatur sementmurverk for å forbedre den totale styrken, sikre at veggen er stabil under deformasjon gjennom hele driftssyklusen, samtidig som mursteinsfugene forsegles, for å forhindre overdreven luftinntak gjennom sprekker og skjøter i mursteinsveggen inn i ovnen, for å redusere oksidasjonstapet fra isolasjonsmateriale og anodematerialer.
Det andre er å installere det overordnede bulkmobilisolasjonslaget hengende utenfor ovnsveggen, for eksempel bruk av høyfast fiberplate eller kalsiumsilikatplate, hvor varmetrinnet spiller en effektiv tetnings- og isolasjonsrolle, og kaldtrinnet er praktisk å fjerne for rask avkjøling. For det tredje er ventilasjonskanalen plassert i bunnen av ovnen og ovnsveggen. Ventilasjonskanalen bruker prefabrikkerte gittersteinsstrukturer med hunnåpningen på beltet, samtidig som den støtter høytemperatur sementmurverk, og tar hensyn til tvungen ventilasjonskjøling i kaldfasen.
2. 2 Optimaliser strømforsyningskurven ved hjelp av numerisk simulering
For tiden lages strømforsyningskurven til grafittiseringsovnen med negativ elektrode i henhold til erfaring, og grafittiseringsprosessen justeres manuelt når som helst i henhold til temperatur og ovnstilstand, og det finnes ingen enhetlig standard. Optimalisering av varmekurven kan åpenbart redusere strømforbruksindeksen og sikre sikker drift av ovnen. DEN NUMERISKE MODELLEN FOR nålejustering BØR ETABLERES ved vitenskapelige metoder i henhold til ulike grensebetingelser og fysiske parametere, og forholdet mellom strøm, spenning, total effekt og temperaturfordeling av tverrsnittet i grafittiseringsprosessen bør analyseres for å formulere den passende varmekurven og kontinuerlig justere den i den faktiske driften. For eksempel i den tidlige fasen av kraftoverføring er bruk av høy effektoverføring, deretter reduseres effekten raskt og deretter økes sakte, effekten og deretter reduseres effekten til slutten av effekten.
2. 3 Forleng levetiden til digelen og varmelegemet
I tillegg til strømforbruket bestemmer levetiden til digelen og varmeelementet også direkte kostnaden for negativ grafittisering. For grafittdigel og grafittvarmelegeme reduseres kostnadene for grafittfarging effektivt ved hjelp av produksjonsstyringssystem for utlasting, rimelig kontroll av oppvarmings- og kjølehastighet, automatisk digelproduksjonslinje, forsterket tetting for å forhindre oksidasjon og andre tiltak for å øke digelens resirkuleringstider. I tillegg til tiltakene ovenfor kan varmeplaten i gitterboksens grafittiseringsovn også brukes som oppvarmingsmateriale for forbakt anode, elektrode eller fast karbonholdig materiale med høy resistivitet for å spare grafittiseringskostnadene.
2.4 Røykgasskontroll og utnyttelse av spillvarme
Røykgassen som genereres under grafittisering kommer hovedsakelig fra flyktige stoffer og forbrenningsprodukter fra anodematerialer, forbrenning av karbon på overflaten, luftlekkasje og så videre. Ved starten av ovnen slipper det ut store mengder flyktige stoffer og støv, verkstedmiljøet er dårlig, og de fleste bedrifter har ikke effektive behandlingstiltak. Dette er det største problemet som påvirker arbeidsmiljøet og sikkerheten til operatører i produksjon av negative elektroder. Det bør gjøres mer for å vurdere effektiv innsamling og håndtering av røykgass og støv i verkstedet på en helhetlig måte, og det bør iverksettes rimelige ventilasjonstiltak for å redusere verkstedtemperaturen og forbedre arbeidsmiljøet i grafittiseringsverkstedet.
Etter at røykgassen kan samles opp gjennom røykrøret og inn i forbrenningskammeret med blandet forbrenning, og mesteparten av tjære og støv i røykgassen fjernes. Det forventes at temperaturen på røykgassen i forbrenningskammeret er over 800 ℃, og spillvarmen fra røykgassen kan gjenvinnes gjennom spillvarmekjelen eller skallvarmeveksleren. RTO-forbrenningsteknologien som brukes i karbonasfaltrøykbehandling kan også brukes som referanse, og asfaltrøykgassen varmes opp til 850 ~ 900 ℃. Gjennom varmelagringsforbrenning oksideres asfalten og flyktige komponenter og andre polysykliske aromatiske hydrokarboner i røykgassen og dekomponeres til slutt til CO2 og H2O, og den effektive renseeffektiviteten kan nå over 99 %. Systemet har stabil drift og høy driftshastighet.
2. 5 Vertikal kontinuerlig negativ grafittiseringsovn
De ovennevnte typene grafittiseringsovner er hovedovnstrukturen for produksjon av anodemateriale i Kina. Fellesnevneren er periodisk intermitterende produksjon, lav termisk effektivitet, utlasting er hovedsakelig avhengig av manuell drift og automatiseringsgraden er ikke høy. En lignende vertikal kontinuerlig negativ grafittiseringsovn kan utvikles ved å referere til modellen for petroleumskokskalsineringsovn og bauksittkalsineringssjaktovn. Motstandsbuen brukes som høytemperaturvarmekilde, materialet tømmes kontinuerlig av sin egen tyngdekraft, og den konvensjonelle vannkjølings- eller forgassingskjølestrukturen brukes til å kjøle ned høytemperaturmaterialet i utløpsområdet, og det pneumatiske pulvertransportsystemet brukes til å tømme og mate materialet utenfor ovnen. OVN-typen kan realisere kontinuerlig produksjon, varmelagringstapet i ovnshuset kan ignoreres, slik at den termiske effektiviteten forbedres betydelig, fordelene med ytelse og energiforbruk er åpenbare, og den helautomatiske driften kan realiseres fullt ut. Hovedproblemene som må løses er pulverets flytbarhet, ensartetheten av grafittiseringsgraden, sikkerhet, temperaturovervåking og kjøling, osv. Det antas at med den vellykkede utviklingen av ovnen for å skalere industriell produksjon, vil det sette i gang en revolusjon innen negativ elektrodegrafittisering.
3 knutespråket
Grafittkjemisk prosess er det største problemet som plager produsenter av litiumbatterianodematerialer. Den grunnleggende årsaken er at det fortsatt er noen problemer med strømforbruk, kostnader, miljøvern, automatiseringsgrad, sikkerhet og andre aspekter ved den mye brukte periodiske grafittiseringsovnen. Den fremtidige trenden i industrien er mot utvikling av helautomatiserte og organiserte kontinuerlige produksjonsovnstrukturer for utslipp, og støtte til modne og pålitelige hjelpeprosessanlegg. På den tiden vil grafittiseringsproblemene som plager bedrifter bli betydelig forbedret, og industrien vil gå inn i en periode med stabil utvikling, noe som vil stimulere den raske utviklingen av nye energirelaterte industrier.
Publisert: 19. august 2022