一种负极材料无舟皿石墨化工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种负极材料无舟皿石墨化工艺，特别是一种不采用间歇炉石墨化工艺中普遍使用的物料容器，也不采用连续炉石墨化工艺中普遍使用的物料舟皿的锂离子电池负极材料无舟皿石墨化工艺。
【背景技术】
[0002]经超高温石墨化热处理后的负极材料具有容量大、循环寿命长、性能稳定等显著优势，属于锂离子电池中的高端负极材料。
[0003]负极材料石墨化工艺按石墨化炉分为采用物料容器的间歇炉石墨化工艺和采用物料舟皿的连续炉石墨化工艺两大类。由于物料容器或物料舟皿是一种随物料一起升温和降温的辅助工具，在石墨化工艺中消耗大量的电能，导致高温石墨化工艺成本显著偏高，不利于规模化生产，如间歇炉石墨化工艺用电量高达每吨负极材料I6000kwh，连续炉石墨化工艺用电量高达每吨负极材料9000kwh。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种负极材料无舟皿石墨化工艺，该工艺不使用物料容器或物料舟皿，生产一吨石墨化负极材料产品用电量只有4000-7000kwh，从而大幅降低了能耗和生产成本。
[0005]本发明的技术方案:
一种负极材料无舟皿石墨化工艺，其特征在于所述的负极材料无舟皿石墨化工艺是在负极粉原料石墨化过程中，不采用间歇炉石墨化工艺中普遍使用的物料容器，也不采用连续炉石墨化工艺中普遍使用的物料舟皿，而是采用立式感应加热连续石墨化炉将负极粉原料直接置于炉膛中实施连续石墨化处理，该负极材料无舟皿石墨化工艺由以下原料和步骤完成:
A、所述原料为负极粉原料，负极粉原料分为4大类，每类又分为数个小类:
①人造石墨负极粉原料，该类负极粉原料为100%人造石墨，粒度在l-60um之间，其含碳量在98.5%以上，人造石墨负极粉原料品种较多，按材质分为油系人造石墨和煤系人造石墨；按石墨晶体结构分为针状焦人造石墨、非针状焦人造石墨和针状焦与非针状焦混合型人造石墨，按原料生产的加热工艺分为原生焦和由石墨制品破碎后的石墨碎；
②人造石墨包覆改性负极粉原料，粒度在l-65um之间，其含碳量在97%以上，由上述人造石墨与少量沥青、树脂和高分子材料等改性物质均匀混合而成；
③天然石墨包覆改性负极粉原料，粒度在l-65um之间，其含碳量在95%以上，由天然鳞片石墨或天然微晶石墨与少量沥青、树脂和高分子材料等改性物质均匀混合而成；
④高挥发份和高灰份负极粉原料，是指人造石墨负极粉原料、人造石墨包覆改性负极粉原料和天然石墨包覆改性负极粉原料，上述三种负极粉原料中含碳量较低或改性材料结焦值较低的负极粉原料； B、预热处理:当上述原料中的负极粉原料需要石墨化时，先采用带预热进料装置在氮气保护环境下对该原料进行石墨化前预热处理，去除原料中的水份和挥发份，带预热进料装置预热温度在100-300°C之间可控可调，能耗控制在每吨负极材料300kwh以内；
所述带预热进料装置与立式感应加热连续石墨化炉串联连接，即对带预热进料装置出来的物料，采用封闭管道直接送到立式感应加热连续石墨化炉中进行石墨化处理，避免在空气中回潮；
C、石墨化装备:采用立式感应加热连续石墨化炉对负极粉原料粉末进行石墨化高温热处理，该立式感应加热连续石墨化炉上方与带预热进料装置连通，下方与出料装置连接，即经过带预热进料装置处理的物料从立式感应加热连续石墨化炉上方进入炉膛，在立式感应加热连续石墨化炉中石墨化完毕后，再由立式感应加热连续石墨化炉下方的出料装置输送至炉外的物料容器中；通过带预热进料装置与出料装置协同配合，物料自上而下匀速流动，流量可控、可调；
对于高挥发份和高灰份负极粉原料，立式感应加热连续石墨化炉的炉膛中自上而下设有多个缓存区，确保该高挥发份和(或)高灰份负极粉原料在石墨化过程中排气和输料顺畅；
D、石墨化工艺:按负极粉原料材质、石墨化度、挥发份或灰份大小将石墨化工艺划分为以下五大类型；
①低挥发份或低灰份和高石墨化度人造石墨负极粉原料石墨化工艺如下:
采用2800-3000°C的超高温度并在氮气保护下对该类负极粉原料进行连续石墨化热处理，在原料达到工艺温度并维持1小时的前提下，其热处理温度、石墨化度、每吨负极材料用电量之间的对应关系为:
热处理温度2800°C，石墨化度90-92%，用电量4600_5000kwh/t ；
热处理温度2900°C，石墨化度92-94%，用电量5000-5500kwh/t ；
热处理温度3000°C，石墨化度94-96%，用电量5500_6500kwh/t ；
②低挥发份或低灰份和中等石墨化度人造石墨负极粉原料石墨化工艺如下:
采用2700-2800°C的超高温度并在氮气保护下对该类负极粉原料进行连续石墨化热处理，在原料达到工艺温度并维持1小时的前提下，其石墨化度在80-92%，用电量每吨负极材料4000-5000kwh之间；
③低挥发份或低灰份和高石墨化度天然石墨包覆改性负极粉原料石墨化工艺如下:
采用2800-2900°C的超高温度并在氮气保护下对该类负极粉原料进行连续石墨化热处理，在原料达到工艺温度并维持1小时的前提下，石墨化度在94-98%之间，用电量每吨负极材料5000-5500kwh之间；
④高挥发份、高石墨化度天然石墨包覆改性或人造石墨包覆改性负极粉原料石墨化工艺如下:
采用2800-3000°C的超高温度并在氮气保护下对该类负极粉原料进行连续石墨化热处理，在原料达到工艺温度并维持1小时的前提下，石墨化度在92-98%之间，用电量每吨负极材料5000-5500kwh之间；
所用立式感应加热连续石墨化炉的炉膛中自上而下设有多个缓存区，确保该高挥发份和高灰份负极粉原料在石墨化过程中排气和输料顺畅； ⑤高灰份、高石墨化度天然石墨包覆改性负极粉原料石墨化工艺如下:
采用2800-3000°C的超高温度并在氮气保护下对该类负极粉原料进行连续石墨化热处理，在原料达到工艺温度并维持1小时的前提下，石墨化度在94-98%之间，用电量每吨负极材料6000-7000kwh之间；
所用立式感应加热连续石墨化炉的炉膛中自上而下设有数个缓存区；确保该高挥发份和高灰份负极粉原料在石墨化过程中排气和输料顺畅。
[0006]本负极材料无舟皿石墨化工艺由进料装置将负极粉原料从感应加热立式连续石墨化炉顶部送入该石墨化炉炉膛中，在进料装置和出料装置的协同配合下，粉末顺着炉膛自上而下流动进入高温区，在高温区将粉末中的杂质气化并排出石墨化炉，继续向下流动经冷却区，冷却后由石墨化炉底部的出料装置送出石墨化炉，周而复始，实现了无舟皿连续石墨化生产。
[0007]本发明由上述方法和数据可知，负极粉原料无舟皿石墨化工艺省掉了物料容器或物料舟皿，具有高效率、低成本、绿色环保特点。
[0008]
【具体实施方式】
[0009]—种负极材料无舟皿石墨化工艺，其特征在于所述的负极材料无舟皿石墨化工艺是在负极粉原料石墨化过程中，不采用间歇炉石墨化工艺中普遍使用的物料容器，也不采用连续炉石墨化工艺中普遍使用的物料舟皿，而是采用立式感应加热连续石墨化炉将负极粉原料直接置于炉膛中实施连续石墨化处理，该负极材料无舟皿石墨化工艺由以下原料和步骤完成:
A、所述原料为负极粉原料，负极粉原料分为4大类，每类又分为数个小类:
①人造石墨负极粉原料，该类负极粉原料为100%人造石墨，粒度在l-60um之间，其含碳量在98.5%以上，人造石墨负极粉原料品种较多，按材质分为油系人造石墨和煤系人造石墨；按石墨晶体结构分为针状焦人造石墨、非针状焦人造石墨和针状焦与非针状焦混合型人造石墨，按原料生产的加热工艺分为原生焦和由石墨制品破碎后的石墨碎；
②人造石墨包覆改性负极粉原料，粒度在l-65um之间，其含碳量在97%以上，由上述人造石墨与少量沥青、树脂和高分子材料等改性物质均匀混合而成；
③天然石墨包覆改性负极粉原料，粒度在l-65um之间，其含碳量在95%以上，由天然鳞片石墨或天然微晶石墨与少量沥青、树脂和高分子材料等改性物质均匀混合而成；
④高挥发份和高灰份负极粉原料，是指人造石墨负极粉原料、人造石墨包覆改性负极粉原料和天然石墨包覆改性负极粉原料，上述三种负极粉原料中含碳量较低或改性材料结焦值较低的负极粉原料；
B、预热处理:当上述原料中的负极粉原料需要石墨化时，先采用带预热进料装置在氮气保护环境下对该原料进行石墨化前预热处理，去除原料中的水份和挥发份，带预热进料装置预热温度在100-300°C之间可控可调，能耗控制在每吨负极材料300kwh以内；
所述带预热进料装置与立式感应加热连续石墨化炉串联连接