一种提高电流效率的电极码砌装置及方法与流程

本发明涉及锂离子电池材料加工技术领域，具体为一种提高电流效率的电极码砌装置及方法。

背景技术：

锂离子电池具有高容量、高电压平台、安全性能好、循环寿命长、绿色无污染等重要优点，使其在便携式电子3c设备、纯电动车、船舶、空间技术、生物医学工程、物流、国防军工等多方面得到了广泛应用，成为近年来最为关注的新能源利用研究热点，我国大力发展新能源汽车已经上升到国家战略高度，提出了电动车发展方向、主要任务、战略目标及相关配套政策措施，新能源汽车的发展，面临着巨大的历史机遇，也给锂离子电池最重要的负极材料，带来了光明的前景，锂离子电池负极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的作用。

现行全国高比容量锂电池石墨负极材料石墨化炉的最大单炉容量是75吨，碳类负极材料加工过程中石墨化是投资最大、技术含量最高的环节，石墨化炉越小，热能利用效率就越低，产品质量就得不到保障，产能也越低，相应的成本就越高，炉容量越小，相对来说，单位体积下的石墨化炉周边面积就大，因此，单位产品的炉体建设成本增大；另外炉体周边面积相对增大，散热面积就增大，热能效率低，单位产品耗电量就会增大，炉中从装料到成品出炉需要将近60天，生产周期长，炉容量小，成品少，效率低，还有的一般炉体采用上部排气方式较多，但该方法缺点是，若上部保温层薄，利于排气，但保温性能很难保证，保温层厚，有可能气压太大出现爆仓的可能性，因此，针对上述问题提出一种提高电流效率的电极码砌装置及方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种提高电流效率的电极码砌装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高电流效率的电极码砌装置，包括上单元保温层、侧面耐火砖、顶部石墨板和石墨加热炉腔，所述上单元保温层下端面固定连接有顶部石墨板，所述顶部石墨板左右两侧固定连接有侧面耐火砖，所述侧面耐火砖下端面固定连接有底部耐火砖，所述侧面耐火砖下端面内部固定连接有下单元保温层，所述下单元保温层上端面固定连接有底部石墨板，所述侧面耐火砖内部设有石墨加热炉腔，所述上单元保温层内部设有半成品，所述侧面石墨板前后端面固定连接有侧面石墨板，所述侧面石墨板外侧固定连接有侧面保温层，所述侧面保温层外侧与侧面耐火砖固定连接。

位于左侧的所述侧面耐火砖右端面固定连接有炉头电极区，所述炉头电极区右端面固定连接有侧面石墨板，所述炉头电极区上下端面分别与上单元保温层和侧面耐火砖固定连接，所述侧面石墨板上下端面分别与顶部石墨板和底部石墨板固定连接，所述炉头电极区前后端面与侧面石墨板固定连接。

位于右侧的所述侧面耐火砖左端面固定连接有炉尾电极区，所述炉尾电极区上下端面分别与上单元保温层和侧面耐火砖固定连接，所述炉尾电极区左端面与侧面石墨板固定连接，所述侧面石墨板上下端面分别与顶部石墨板和底部石墨板固定连接，所述炉尾电极区前后端面与侧面石墨板固定连接。

优选的，所述侧面石墨板之间呈密封设置，所述上单元保温层和底部石墨板在铺设时板板之间留有缝隙。

优选的，所述底部耐火砖内部设有排气烟道，所述排气烟道均匀分布在底部耐火砖内部，所述排气烟道长度与底部耐火砖长度相同，所述炉头电极区和炉尾电极区前后端面与侧面石墨板固定连接。

优选的，所述上单元保温层、侧面耐火砖和底部耐火砖组成炉体，所述炉体高宽比例为1：1，所述炉体内部设有半成品，所述半成品均匀地平放或立放在炉内。

优选的，所述半成品周围及上下的空隙用焦粉填充，所述半成品码装后表面覆盖一层硅砂和焦粉的混合物。

优选的，所述半成品与炉体接线端之间电流方向呈互相垂直设置。

优选的，所述步骤如下：

步骤1：将半成品放置在炉体中，然后加温，室温至1000℃阶段，此阶段为热膨胀阶段，炉内负极材料和电阻料的体积急剧膨胀，电阻料电阻大幅下降，电阻料接触电阻大幅下降，整个炉阻下降很快，因而炉温变化幅度大。

步骤2：1000℃-1600℃阶段，这阶段焙烧的负极材料开始收缩，接触电阻随压力减小而增大，这阶段炉芯电阻下降减缓或有所上升。

步骤3：1600℃-2100℃阶段，此阶段为气胀阶段，是因为负极材料的氮、硫及其化合物溢出造成体积膨胀，接触电阻又因压力增加减少。

步骤4：2100℃-2500℃阶段，此阶段负极材料开始石墨化，炉内材料会再一次膨胀，但由于石墨晶体的生长，膨胀有所减缓，炉内电阻进一步波动下降。

步骤5：2500℃-3150℃阶段，此阶段为石墨晶体完善阶段，炉芯电阻趋于稳定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过设置的侧面耐火砖和底部耐火砖所构成的炉体内部能装料达到140吨，炉容量越大，一次装料量就越大，单位成品所需时间越短，因此，生产效率越高，高比容量石墨负极材料需要温度达到3150度及以上，并且需保持12天时间，其后近50天需要把温度慢慢冷却到常温，炉容量越大，保温效果越好，产品品质就越好，产品市场竞争力就强；

2、本发明中，炉容量较大，相对来说，单位体积下的石墨化炉周边面积就小，因此，单位产品的炉体建设成本减少；另外炉体周边面积相对减少，散热面积就减小，热能效率高，单位产品耗电量就会减小，有效提高了电流的使用效率，对于石墨化炉整个供配电系统固定资产投资及生产过程中的边际成本就会减少；

3、本发明中，通过设置的顶部石墨板和底部石墨板，采用上下均排气的方式，这种排气方式比只在上部排气的传统方式更加有效,而且保温效果更好,当气压非常高时,气体可从下部排出,气压低时,不排气时，下部由于有空气作为绝缘层,保温效果更好，周边的石墨板之间的缝隙全部填实，上部和下部石墨板在铺设时，板板之间留有相应缝隙，以便气体达到一定压强时能排到炉外，并且在下部设置排气烟道，当气压大时，下部也可泄压。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明主视图；

图4为本发明图2的a处结构示意图。

图中：1-上单元保温层、2-侧面耐火砖、3-顶部石墨板、4-石墨加热炉腔、5-炉头电极区、6-炉尾电极区、7-侧面石墨板、8-底部耐火砖、9-排气烟道、10-侧面保温层、11-侧面石墨板、12-下单元保温层、13-底部石墨板。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3和图4，本发明提供一种技术方案：

一种提高电流效率的电极码砌装置，包括上单元保温层1、侧面耐火砖2、顶部石墨板3和石墨加热炉腔4，上单元保温层1下端面固定连接有顶部石墨板3，顶部石墨板3左右两侧固定连接有侧面耐火砖2，侧面耐火砖2下端面固定连接有底部耐火砖8，侧面耐火砖2下端面内部固定连接有下单元保温层12，下单元保温层12上端面固定连接有底部石墨板13，侧面耐火砖2内部设有石墨加热炉腔4，上单元保温层1内部设有半成品，侧面石墨板7前后端面固定连接有侧面石墨板11，侧面石墨板11外侧固定连接有侧面保温层10，侧面保温层10外侧与侧面耐火砖2固定连接，位于左侧的侧面耐火砖2右端面固定连接有炉头电极区5，炉头电极区5右端面固定连接有侧面石墨板7，炉头电极区5上下端面分别与上单元保温层1和侧面耐火砖2固定连接，侧面石墨板7上下端面分别与顶部石墨板3和底部石墨板13固定连接，位于右侧的侧面耐火砖2左端面固定连接有炉尾电极区6，炉尾电极区6上下端面分别与上单元保温层1和侧面耐火砖2固定连接，炉尾电极区6左端面与侧面石墨板7固定连接，侧面石墨板7上下端面分别与顶部石墨板3和底部石墨板13固定连接，侧面石墨板7之间呈密封设置，上单元保温层1和底部石墨板13在铺设时板板之间留有缝隙，采用上下均排气的方式，这种排气方式比只在上部排气的传统方式更加有效,而且保温效果更好，底部耐火砖8内部设有排气烟道9，排气烟道9均匀分布在底部耐火砖8内部，排气烟道9长度与底部耐火砖8高度相同，炉头电极区5和炉尾电极区6前后端面与侧面石墨板11固定连接，上单元保温层1、侧面耐火砖2和底部耐火砖8组成炉体，炉体高宽比例为1：1，炉体内部设有半成品，半成品均匀地平放或立放在炉内，这样的设置可以使气压、保温度和炉内温度均衡值之间的最优组合，半成品周围及上下的空隙用焦粉填充，半成品码装后表面覆盖一层硅砂和焦粉的混合物，可以保证半成品的加工质量，升温过快，热应力将急剧上升，很容易使制品产生裂纹，半成品与炉体接线端之间电流方向呈互相垂直设置，这种设置保证温度上升均匀，防止局部温度急剧上升，保温层可以有效保证炉内温度不会轻易大量流失。

使用方法如下：

步骤1：将半成品放置在炉体中，半成品周围及上下的空隙用焦粉填充，半成品码装后表面覆盖一层硅砂和焦粉的混合物，根据焦耳定律：电流通过导体时所产生的热量与通过的电流的平方成正比，也与导体电阻大小以及通电时间成正比，然后通过加温炉头电极区5和炉尾电极区6利用电流的热效应进行加热，电流通过电阻料时产生的热量来加热炭制品，室温至1000℃阶段，此阶段为热膨胀阶段，炉内负极材料和电阻料的体积急剧膨胀，电阻料电阻大幅下降，电阻料接触电阻大幅下降，整个炉阻下降很快，因而炉温变化幅度大。

步骤2：1000℃-1600℃阶段，这阶段焙烧的负极材料开始收缩，接触电阻随压力减小而增大，这阶段炉芯电阻下降减缓或有所上升。

步骤3：1600℃-2100℃阶段，此阶段为气胀阶段，是因为负极材料的氮、硫及其化合物溢出造成体积膨胀，接触电阻又因压力增加减少。

步骤4：2100℃-2500℃阶段，此阶段负极材料开始石墨化，炉内材料会再一次膨胀，但由于石墨晶体的生长，膨胀有所减缓，炉内电阻进一步波动下降。

步骤5：2500℃-3150℃阶段，此阶段为石墨晶体完善阶段，炉芯电阻趋于稳定。

步骤6：顶部石墨板3和底部石墨板8，采用上下均排气的方式，当气压非常高时,气体可从下部排出,气压低时,不排气时，下部由于有空气作为绝缘层,保温效果更好，周边的石墨板之间的缝隙全部填实，上部和下部石墨板在铺设时，板板之间留有相应缝隙，上单元保温层1和下单元保温层12在压强大的情况下也会进行气体的流通，以便气体达到一定压强时能排到炉外，并且在下部设置排气烟道9，当气压大时，下部也可泄压，保温层可以进行保温，有效阻止热量的流失。

步骤7：送电曲线必须是慢曲线，如过快则电极容易开裂，但送电曲线过慢，则导致功率上升缓慢，等到后期需要升功率时，炉阻已降低，炉芯电流密度增大，炉温升高过快，也容易使电极开裂，影响产品质量。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。