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锂电池负极材料生产流程简介
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2024.02.26 山西

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一、生产原料

1.1 石油焦

石油生焦是石油的减压渣油,经焦化装置,在 500-550℃下裂解焦化而生成的黑色固体焦炭。一般认为它是无定形炭体,或是一种高度芳构化的高分子碳化物中,含有微小石墨结晶的针状或粒状构造的炭体物。石油焦主要用于制取炭素制品,如石墨电极、阳极弧,提供炼钢、有色金属、炼铝之用;制取炭化硅制品,如各种砂轮、砂皮、砂纸等;制取商品电石供制作合成纤维、乙炔等产品等用途。石油焦的主要成分为:硫份≤0.37%;灰分≤0.37%;水分≤12.5%;挥发分≤8.7%;固定碳 ≤78.06%。

1.2 沥青

沥青作为石油焦包覆材料,常温下为黑色固体,在一定的温度下凝固成很脆的具有贝壳状断口的固体,呈玻璃相;没有一定的熔点,在一定的熔点范围内熔化,凝固时没有热效应。沥青组分极为复杂,大多数为三环以上的芳香族烃类,还有含氧、氮和硫等元素的杂环化合物和少量高分子炭素物质。常温下为黑色脆性块状物,有光泽;有臭味,有毒,沸点:小于 470℃,闪点:204.4℃,相对密度(水=1):1.15~1.25。

二、生产流程简介

2.1 破碎:将石油生焦投入破碎机内进行初步破碎,将大颗粒物料破碎成粒径小于200微米的小颗粒物料。

2.2 筛分:破碎后的物料进入离心分级机进行筛分,粒径过小的细粒料通过布袋除尘器收集后进入固废,粒径合格的粒料收集进入密闭粉料仓暂存。筛分原理为:通过离心分级机的转动,通过不同粒径的物料产生的不同离心力进行分离,大粒径物料产生的离心力较大,可沿着离心分级机壁进行收集,小粒径物料产生的离心力不足则从离心分级机下部掉落作为固废收集。

2.3 磨粉:将石油生焦投入磨粉机内依靠碾压和研磨作用将物料研磨粉碎成粒径小于75微米的颗粒。

2.4 沥青包覆:将磨粉后的物料和石油沥青按一定比例(45:1)投入锥形混合机中,在混合机混合均匀后装入包覆造粒机内,按照温度曲线进行电加热,先在温度 150℃条件下进行烘干2h以去除原料中的水份,后在350-400℃条件下搅拌2h物料中长链烃开始发生热裂解,随后继续加热至约800℃搅拌1.5h,使物料中大部分长链烃完成热裂解。搅拌结束后通过水冷系统进行降温,降温后的物料进入炭化阶段。

2.5 炭化:炭化反应过程,是包覆剂石油沥青高温焦化的过程。经过此工序后物料表面机械强度稳定,表面形貌得到改善,并能显著提高材料机械性能和热性能。炭化工序包括装埚、通电、降温、出埚等三个步骤。单个电阻炉1个生产周期约 18.7 小时,断电后需经冷却才能将炭化后制品出埚。

2.5.1 装埚:沥青包覆料采用真空吸料设备将物料抽吸至高位料仓,在重力作用下由高位料仓放料口放料至石墨坩埚内。装料完毕后盖上坩埚盖,将坩埚密闭装入电阻炉内。

2.5.2 通电:装埚投料结束后,在炉两侧挂上母线排,将导电电极与母线排连接好,对炉子检查合格后即可通电。通电后,向电阻炉内充入惰性气(氮气)隔绝空气,氮气在 0.04mpa微正压下通过电阻炉上输气管缓慢输入,随着导电电极的发热程度逐渐打开冷却水阀门,冷却导电电极。经过电加温,物料在温度 1200℃的温度中炭化,窑内压力为常压,电阻炉合计通电时长约11.3小时。

2.5.3 降温、出埚 :断电后进行降温冷却,通过循环冷却系统电阻炉进行间接冷却(冷却媒介为水)至100℃以下进行出埚操作,降温时长约 7.4 小时。出炉坩埚采用真空吸料设备将坩埚内的锂离子负极材料抽至高位料仓,进入下一步的打散工序。

2.6 打散:炭化后的物料从高位料仓中投入打散机,通过打散机将物料在炭化过程中轻度粘接成块的物料打散成颗粒状态。

2.7石墨化:石墨化是将石油焦在2000℃~3000℃的温度进行热处理的过程。石油焦经过石墨化,使六角碳原子平面网格从二维空间的无序重迭转变为三维空间的有序重迭,石墨晶格结构趋于完整。由于内部微观结构的不同,导致在宏观表现的理化性质亦不同,主要碳素制品通过石墨化可以达到下列目的:①提高产品的电、热传导性;②提高产品的抗热冲击性和化学稳定性;③使产品具有润滑性、抗磨性;④排出杂质、提高纯度。

2.8 筛分、除磁:经过石墨化加工的物料,进行筛分和除磁,对物料按颗粒大小进行分级,并通过除磁机使物料中的磁性物质含量降至ppm级别。

2.9 检验、入库:筛分除磁完成后,物料进行批量检查并在密闭包装室内进行吨袋包装,最后进入成品库。

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