在當前的鋰離子電池生產(chǎn)中，石墨類是最常用的負極材料，石墨類負極材料嵌鋰有以下特點：①嵌鋰電位低且平坦，可以提供高且平穩(wěn)的工作電壓；②嵌鋰容量高，LiC₆的理論容量為372mAh/g；③與有機溶劑相容性差，易發(fā)生溶劑共嵌入，降低嵌鋰性能。而石墨類又以人造石墨應用為主流，目前行業(yè)普遍采用石油焦、針狀焦、瀝青焦等原料通過粉碎、造粒、分級、高溫石墨化加工等過程制成石墨成品材料。

人造石墨

人造石墨基本的工序流程是一致的，但具體到每家企業(yè)的制備工藝，又都會有些許的差異，但常規(guī)的人造石墨基本都含有將前期原料混合后碳化，通常是將主要原材料（粉狀的煅燒石油焦）中加入瀝青作為粘合劑，再加入其余輔料，經(jīng)過配比的材料混料后低溫碳化，再進行高溫石墨化的過程，如下圖所示。

常規(guī)人造石墨制備工序

但近幾年來，鋰電材料加工行業(yè)持續(xù)紅火，并且工藝技術發(fā)展也有了新的突破，正負兩極材料提純技術都在持續(xù)發(fā)展和革新中，其中負極石墨材料的制備就做出了一定的優(yōu)化，將碳化和石墨化改善為先采用燃氣隧道窯進行預碳化，再進行石墨后，最后包裹一層包覆料，進行最終的高溫碳化。

那這種做法有什么好處呢？主要是有助于產(chǎn)能效率、產(chǎn)品純度品質(zhì)以及節(jié)能環(huán)保等方面的全面提升。

對負極材料的預碳化，是在900℃~1100℃的溫度下，對石油焦進行隔氧加熱，釋放瀝青煙等揮發(fā)性氣體，將有效減少8%~15%的雜質(zhì)成分，使后續(xù)進入高溫電加熱石墨化爐(3000℃)的成分更加純凈，提高了石墨化爐的產(chǎn)品裝填量和產(chǎn)能。在后期包裹瀝青包覆液再碳化（1300℃高溫），不僅僅作為前期的粘合劑，還增加了改性工序，能夠進一步修飾石墨材料表面，提高負極材料與電解液的相容性，防止有機溶劑共嵌入、分解，避免石墨結構剝離。

包覆材料石墨“核-殼”結構示意圖

所謂的鋰電負極高溫碳化隧道窯，就是為了這一工藝優(yōu)化過程而專門開發(fā)的新設備，不只是簡單增加工序，而是適用于整條產(chǎn)線工藝流程，在建設成本、生產(chǎn)能力、節(jié)能、環(huán)保和智能化操作等各方面，對原有電加熱輥道窯碳化工藝做出全面的改進和替代。

目前國內(nèi)該工藝改進的推廣正穩(wěn)步進行中，其中首屈一指的熱工設備供應商就是小編接下來要介紹的佛山市安然熱工機電設備有限公司，這是一家成立于2001年，專注于熱工能源燃燒研究及熱工爐窯裝備研發(fā)領域的老牌企業(yè)，集團下屬三個實體：1.佛山安然窯爐設備有限公司，主要從事工業(yè)窯爐工程的設計、生產(chǎn)制作、安裝調(diào)試交鑰匙工程；2. 佛山安然熱工機電設備有限公司，主要從事工業(yè)爐窯及其燃燒、控制技術、裝備的試驗、研究開發(fā)及批量生產(chǎn)；3. 佛山科若盟熱工機電設備有限公司，主要從事熱工窯爐機電設備的銷售和售后服務工作；

粉體圈一行與安然熱工總經(jīng)理許世安合影

今年6月，安然熱工承接的某新能源材料公司的“氣氛保護式自焚燒高溫碳化隧道窯”系統(tǒng)工程，圓滿完成了設計、備貨、制作、施工、安裝、調(diào)試及操作維護技術培訓，順利點火并烘爐，進入了正常生產(chǎn)階段。這是一座集投入少、產(chǎn)能大、能耗低、零排放等多種優(yōu)勢集于一體的鋰電負極材料高溫碳化的智能化熱工裝備。

安然熱工氣氛保護式自焚燒高溫碳化隧道窯現(xiàn)場圖

安然熱工氣氛保護式自焚燒高溫碳化隧道窯現(xiàn)場圖

這種鋰電負極高溫碳化隧道窯主要包含以下技術要點：

1. 鋰電負極材料高溫碳化技術特點

（1）負極材料揮發(fā)份含量高，需要考慮窯內(nèi)自然和尾氣處理；

（2）窯內(nèi)氣氛要求，煅燒的全過程加強氧含量控制和氣氛保護，尤其是降溫過程；

（3）煅燒溫度高，窯內(nèi)溫度在1200-1500℃之間可調(diào)；

（4）智能化控制生產(chǎn)線，從溫度、壓力、氣氛三大制度控制到窯車中轉、進出窯等全部實現(xiàn)自動化智能化運行；

（5）環(huán)保要求：PM、SO₂、NO_X、瀝青煙排放濃度分別不高于10、35、50、10mg/m3。焙燒爐基準氧含量為15%；

（6）制品主要技術指標：比表面積＜2.0。

2. 安然熱工鋰電負極高溫碳化隧道窯設計要點

（1）隧道窯溫度、氣氛、壓力三大制度的動態(tài)平衡

溫度動態(tài)控制：以溫度關鍵點為代表對該區(qū)域?qū)淖苑贌裏爝M行在線空燃線性比例控制，也是安然熱工獨有的專利技術；

氣氛動態(tài)控制：在全窯氣氛控制方面采用了多項自主知識產(chǎn)權的專利技術，主要有窯爐綜合氣幕管理、氧化/還原氣氛燃燒控制、急冷降溫氣氛保護控制、緩冷降溫氣氛保護控制、尾冷降溫氣氛控制、窯頭/窯尾氣氛保護控制等；

壓力動態(tài)控制：壓力控制包括窯內(nèi)零壓位控制，確保進排風系統(tǒng)動態(tài)平衡，壓力的平衡是溫度和氣氛平衡的基礎。

（2）環(huán)保達標零排放

由于原料本身含有較多的揮發(fā)份和有機物，尾氣不處理是無法達到環(huán)保排放標準的。設備采用安然獨有知識產(chǎn)權的多種專利技術，將煅燒制品揮發(fā)出來的可燃廢氣分組引入隧道窯自身配置的自焚燒燒嘴，進行循環(huán)焚燒，實現(xiàn)環(huán)保達標零排放。

安然熱工氣氛保護式自焚燒高溫碳化隧道窯現(xiàn)場圖

（3）氣氛保護式急冷系統(tǒng)

由于鋰電負極材料需避免氧化，所以不可以采用冷風（空氣）降溫，因此選用了隧道窯自產(chǎn)的貧氧或外加的無氧保護氣體對該段進行降溫，為了實現(xiàn)節(jié)能，將降溫的形式由傳統(tǒng)的對急冷段直供冷風，改為貧氧或無氧保護氣冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)也是安然熱工自行研發(fā)獨有知識產(chǎn)權的專利技術。

（4）氣氛保護式緩冷系統(tǒng)

同樣選用了自主知識產(chǎn)權的專利技術：窯爐貧氧或無氧保護氣體冷卻系統(tǒng)裝置。

（5）氣氛保護式尾冷系統(tǒng)

鋰電負極材料在這個溫度階段仍存在被氧化的風險，所以不可以采用傳統(tǒng)的尾冷降溫方式，因此仍然選用了安然熱工自主知識產(chǎn)權的專利技術，窯爐貧氧或無氧保護氣體冷卻系統(tǒng)裝置。

除此之外，多年來安然不斷投入人力物力到工業(yè)爐窯熱工技術與裝備的研發(fā)中，獲得近四十項國家專利，并推廣應用到各行各業(yè)的加熱、燒成、碳化、熱處理等工序。比如廣泛應用的專利技術：壓力比例燃燒控制成套裝備；線性比例燃燒控制成套裝備；寬斷面窯爐（梭式窯、輥道窯、隧道窯）脈沖+比例燃燒控制窯爐；還原焰窯爐智能化燃燒控制系統(tǒng)；超高溫(1860℃)耐火材料（鎂質(zhì)、鋯質(zhì)）燒成窯爐（梭式窯、隧道窯）燒成窯爐；高溫輥棒智能化燒成窯爐；金屬熔煉分體預熱式保溫爐和金屬熱處理爐的燃燒控制成套裝備等等。在陶瓷、耐火材料、鋰電、玻璃、水泥、金屬熔煉保溫及其熱處理等行業(yè)都得到了廣泛的應用。

專業(yè)的事就交給專業(yè)的團隊去做，無論是正在飛速發(fā)展的新能源行業(yè)還是其他穩(wěn)步向前的行業(yè)，工藝技術設備的創(chuàng)新和提升都是邁向高端領域發(fā)展的基石，有時候僅僅只是做了微創(chuàng)新，給用戶帶來的卻是成倍的收益，這些都離不開象安然熱工這樣二十余年如一日，專注于工業(yè)窯爐熱工技術與裝備研究的民族企業(yè)做支撐，能向新能源鋰電池材料行業(yè)進軍的告捷，正是公司團隊儲備有扎實的熱工窯爐專業(yè)技術功底和多年來對工業(yè)爐窯燃燒、控制技術的研發(fā)創(chuàng)新和沉淀的實力體現(xiàn)。

粉體圈小吉

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