Met de snelle ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen wereldwijd is de vraag naar anodematerialen voor lithiumbatterijen aanzienlijk toegenomen. Volgens statistieken zijn de acht grootste bedrijven in de lithiumbatterij-anodesector van plan hun productiecapaciteit in 2021 uit te breiden tot bijna een miljoen ton. Grafitisering heeft de grootste impact op de index en de kosten van anodematerialen. De grafitiseringsapparatuur in China is divers, heeft een hoog energieverbruik, zware vervuiling en een lage automatiseringsgraad, wat de ontwikkeling van grafietanodematerialen tot op zekere hoogte beperkt. Dit is het grootste probleem dat dringend moet worden opgelost in het productieproces van anodematerialen.
1. Huidige situatie en vergelijking van negatieve grafitiseringsoven
1.1 Atchison negatieve grafitiseringsoven
In het gemodificeerde oventype, gebaseerd op de traditionele Aitcheson-elektrode-grafitiseringsoven, wordt de oorspronkelijke oven gevuld met een grafietkroes als drager van negatief elektrodemateriaal (de kroes is gevuld met gecarboniseerd negatief elektrodemateriaal), wordt de ovenkern gevuld met verwarmingsweerstandsmateriaal, wordt de buitenlaag gevuld met isolatiemateriaal en wordt de ovenwand geïsoleerd. Na elektrificatie wordt een hoge temperatuur van 2800 ~ 3000 °C gegenereerd, voornamelijk door verhitting van het weerstandsmateriaal, en wordt het negatieve materiaal in de kroes indirect verhit om de hoge temperatuur van het negatieve materiaal te bereiken.
1.2. Interne hitteserie grafitiseringsoven
Het ovenmodel verwijst naar de seriële grafitisatieoven die gebruikt wordt voor de productie van grafietelektroden. Verschillende elektrodekroezen (geladen met negatief elektrodemateriaal) zijn in serie geschakeld in de lengterichting. De elektrodekroes is zowel een drager als een verwarmingselement. De stroom loopt door de elektrodekroes om een hoge temperatuur te genereren en het interne negatieve elektrodemateriaal direct te verwarmen. Het GRAFItisatieproces maakt geen gebruik van weerstandsmateriaal, wat het proces van laden en bakken vereenvoudigt en het warmteverlies van weerstandsmateriaal vermindert, wat het energieverbruik verlaagt.
1.3 Grafitiseringsoven van het rasterdoostype
Toepassing nummer 1 neemt de laatste jaren toe. De belangrijkste kenmerken van de grafitisatieoven zijn de Acheson-serie en de gecombineerde technologie. De ovenkern bestaat uit meerdere stukken anodeplaat, een roostermateriaal en een doosstructuur. De grondstof wordt in de kathode gebracht, via alle sleuven tussen de anodeplaat en de kolom. Elke container wordt afgedicht met hetzelfde materiaal. De kolom en de anodeplaat van de materiaaldoosstructuur vormen samen het verwarmingslichaam. De elektriciteit stroomt door de elektrode van de ovenkop naar het verwarmingslichaam van de ovenkern, en de gegenereerde hoge temperatuur verwarmt direct het anodemateriaal in de doos om het grafitisatiedoel te bereiken.
1.4 Vergelijking van drie grafitiseringsoventypen
De interne grafitisatieoven verwarmt het materiaal direct door de holle grafietelektrode te verhitten. De "Joule-warmte" die door de stroom door de elektrodekroes wordt geproduceerd, wordt voornamelijk gebruikt om het materiaal en de kroes te verwarmen. De verwarmingssnelheid is hoog, de temperatuurverdeling is gelijkmatig en het thermisch rendement is hoger dan bij een traditionele Atchison-oven met weerstandsverwarming. De raster-box grafitisatieoven profiteert van de voordelen van een interne grafitisatieoven en maakt gebruik van een voorgebakken anodeplaat met een lagere kostprijs als verwarmingslichaam. Vergeleken met een seriële grafitisatieoven is de laadcapaciteit van de raster-box grafitisatieoven groter en wordt het energieverbruik per producteenheid dienovereenkomstig verlaagd.
2. Ontwikkelingsrichting van de negatieve grafitiseringsoven
2.1 Optimaliseer de omtrekmuurstructuur
Momenteel wordt de thermische isolatielaag van verschillende grafitisatieovens voornamelijk gevuld met roet en petroleumcokes. Dit deel van het isolatiemateriaal verbrandt tijdens de productie van oxidatie bij hoge temperatuur. Bij elke belasting is vervanging of aanvulling van speciaal isolatiemateriaal nodig, wat leidt tot een proces met een slechte omgeving en hoge arbeidsintensiteit.
Overwogen kan worden om een speciale, zeer sterke en hittebestendige cementmuur van adobe te gebruiken om de algehele sterkte te verbeteren, de stabiliteit van de muur bij vervorming in de gehele bedrijfscyclus te garanderen, tegelijkertijd de naden van de bakstenen af te dichten en te voorkomen dat er te veel lucht door de scheuren in de bakstenen muur en de voegspleet in de oven stroomt, waardoor het verlies van isolatiemateriaal en anodematerialen door oxidatie en verbranding wordt verminderd;
Ten tweede wordt de volledige, mobiele isolatielaag buiten de ovenwand aangebracht, bijvoorbeeld met behulp van hoogwaardige vezelplaat of calciumsilicaatplaat. De verwarmingsfase speelt een effectieve rol als afdichting en isolatie, terwijl de koude fase gemakkelijk te verwijderen is voor snelle afkoeling. Ten derde wordt het ventilatiekanaal in de bodem van de oven en de ovenwand geplaatst. Het ventilatiekanaal maakt gebruik van de geprefabriceerde roosterstructuur met de vrouwelijke mond van de band, terwijl het het hogetemperatuurcementmetselwerk ondersteunt en rekening houdt met de geforceerde ventilatiekoeling in de koude fase.
2.2 Optimaliseer de voedingscurve door numerieke simulatie
Momenteel wordt de voedingscurve van de grafitiseringsoven met negatieve elektrode bepaald op basis van ervaring. Het grafitiseringsproces wordt op elk moment handmatig aangepast aan de temperatuur en ovencondities. Er is geen uniforme standaard. Het optimaliseren van de verwarmingscurve kan het energieverbruik uiteraard verlagen en een veilige werking van de oven garanderen. Het numerieke model van de naalduitlijning moet wetenschappelijk worden vastgesteld op basis van verschillende randvoorwaarden en fysieke parameters. De relatie tussen de stroomsterkte, spanning, het totale vermogen en de temperatuurverdeling van de doorsnede tijdens het grafitiseringsproces moet worden geanalyseerd om de juiste verwarmingscurve te formuleren en deze continu aan te passen tijdens de daadwerkelijke werking. In de beginfase van de vermogensoverdracht wordt bijvoorbeeld gebruikgemaakt van een hoge vermogensoverdracht, waarna het vermogen snel wordt verlaagd en vervolgens langzaam wordt verhoogd. Vervolgens wordt het vermogen verlaagd tot het einde van de vermogensoverdracht.
2.3 Verleng de levensduur van de kroes en het verwarmingslichaam
Naast het stroomverbruik bepaalt de levensduur van de kroes en het verwarmingselement ook direct de kosten van negatieve grafitisering. Voor grafietkroezen en verwarmingslichamen zijn een productiebeheersysteem voor het laden, redelijke controle van de verwarmings- en koelsnelheid, een automatische productielijn voor kroesvorming, versterkte afdichting om oxidatie te voorkomen en andere maatregelen om de recyclingtijd van de kroes te verlengen, effectief de kosten van grafietinkting te verlagen. Naast de bovengenoemde maatregelen kan de verwarmingsplaat van de rasterbox-grafitiseringsoven ook worden gebruikt als verwarmingsmateriaal voor voorgebakken anoden, elektrodes of vast koolstofmateriaal met een hoge weerstand om grafitiseringskosten te besparen.
2.4 Rookgasafvoer en afvalwarmtebenutting
De rookgassen die tijdens het grafitiseren ontstaan, zijn voornamelijk afkomstig van vluchtige stoffen en verbrandingsproducten van anodematerialen, verbranding van koolstof aan het oppervlak, luchtlekkage, enzovoort. Aan het begin van de ovenstart ontsnapt er een grote hoeveelheid vluchtige stoffen en stof, waardoor de werkomstandigheden in de werkplaats slecht zijn en de meeste bedrijven geen effectieve behandelingsmaatregelen hebben. Dit vormt het grootste probleem voor de gezondheid en veiligheid van operators in de productie van negatieve elektroden. Er moet meer aandacht worden besteed aan de effectieve opvang en het beheer van rookgassen en stof in de werkplaats, en er moeten passende ventilatiemaatregelen worden genomen om de temperatuur in de werkplaats te verlagen en de werkomgeving in de grafitisatiewerkplaats te verbeteren.
Nadat het rookgas via de rookgasafvoer in de verbrandingskamer is verzameld, wordt het meeste teer en stof uit het rookgas verwijderd. De temperatuur van het rookgas in de verbrandingskamer zal naar verwachting boven de 800 °C uitkomen en de restwarmte van het rookgas kan worden teruggewonnen via de stoomketel of de warmtewisselaar. De RTO-verbrandingstechnologie die wordt gebruikt bij de behandeling van koolstofasfaltrook kan ook als referentie worden gebruikt. Het asfaltrookgas wordt hierbij verhit tot 850 tot 900 °C. Door middel van warmteopslag worden het asfalt, de vluchtige componenten en andere polycyclische aromatische koolwaterstoffen in het rookgas geoxideerd en uiteindelijk afgebroken tot CO2 en H2O. Het effectieve zuiveringsrendement kan meer dan 99% bedragen. Het systeem heeft een stabiele werking en een hoge bedrijfssnelheid.
2. 5 Verticale continue negatieve grafitiseringsoven
De bovengenoemde verschillende soorten grafitiseringsovens vormen de belangrijkste ovenstructuur voor de productie van anodemateriaal in China. De gemeenschappelijke punten zijn de periodieke, intermitterende productie, de lage thermische efficiëntie, het laden is voornamelijk afhankelijk van handmatige bediening en de mate van automatisering is niet hoog. Een vergelijkbare verticale, continue negatieve grafitiseringsoven kan worden ontwikkeld aan de hand van het model van een calcineringsoven voor petroleumcokes en een schachtoven voor bauxietcalcinering. De weerstand ARC wordt gebruikt als warmtebron met hoge temperatuur, het materiaal wordt continu afgevoerd door zijn eigen zwaartekracht, en de conventionele waterkoeling of vergassingskoelstructuur wordt gebruikt om het hete materiaal in het uitlaatgebied te koelen, en het pneumatische transportsysteem voor poeder wordt gebruikt om het materiaal af te voeren en buiten de oven te voeren. Het type OVEN kan continue productie realiseren, het warmteopslagverlies van de oven kan worden genegeerd, waardoor de thermische efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd, de voordelen voor output en energieverbruik duidelijk zijn en de volledig automatische werking volledig kan worden gerealiseerd. De belangrijkste problemen die opgelost moeten worden, zijn de vloeibaarheid van het poeder, de uniformiteit van de grafitiseringsgraad, veiligheid, temperatuurbewaking en -koeling, enz. Men is ervan overtuigd dat met de succesvolle ontwikkeling van de oven voor grootschalige industriële productie, dit een revolutie teweeg zal brengen op het gebied van negatieve elektrodegrafitisering.
3 de knooptaal
Het chemische proces van grafiet vormt het grootste probleem voor fabrikanten van anodematerialen voor lithiumbatterijen. De belangrijkste reden is dat er nog steeds problemen zijn met het energieverbruik, de kosten, de milieubescherming, de automatiseringsgraad, de veiligheid en andere aspecten van de veelgebruikte periodieke grafitiseringsoven. De toekomstige trend van de industrie is gericht op de ontwikkeling van een volledig geautomatiseerde en georganiseerde ovenstructuur voor emissiecontinue productie, met ondersteuning van volwassen en betrouwbare hulpprocessen. De grafitiseringsproblemen waarmee bedrijven kampen, zullen dan aanzienlijk zijn opgelost en de industrie zal een periode van stabiele ontwikkeling ingaan, wat de snelle ontwikkeling van nieuwe energiegerelateerde industrieën zal stimuleren.
Plaatsingstijd: 19-08-2022