在當前的鋰離子電池生產中，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，但具體到每家企業的制備工藝，又都會有些許的差異，但常規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。

常規人造石墨制備工序

但近幾年來，鋰電材料加工行業持續紅火，并且工藝技術發展也有了新的突破，正負兩極材料提純技術都在持續發展和革新中，其中負極石墨材料的制備就做出了一定的優化，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？主要是有助于產能效率、產品純度品質以及節能環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，釋放瀝青煙等揮發性氣體，將有效減少8%~15%的雜質成分，使后續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品裝填量和產能。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化過程而專門開發的新設備，不只是簡單增加工序，而是適用于整條產線工藝流程，在建設成本、生產能力、節能、環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。

目前國內該工藝改進的推廣正穩步進行中，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領域的老牌企業，集團下屬三個實體：1.佛山安然窯爐設備有限公司，主要從事工業窯爐工程的設計、生產制作、安裝調試交鑰匙工程；2. 佛山安然熱工機電設備有限公司，主要從事工業爐窯及其燃燒、控制技術、裝備的試驗、研究開發及批量生產；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”系統工程，圓滿完成了設計、備貨、制作、施工、安裝、調試及操作維護技術培訓，順利點火并烘爐，進入了正常生產階段。這是一座集投入少、產能大、能耗低、零排放等多種優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場圖

安然熱工氣氛保護式自焚燒高溫碳化隧道窯現場圖

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）負極材料揮發份含量高，需要考慮窯內自然和尾氣處理；

（2）窯內氣氛要求，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，窯內溫度在1200-1500℃之間可調；

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

（5）環保要求：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平衡

溫度動態控制：以溫度關鍵點為代表對該區域對應的自焚燒燒嘴進行在線空燃線性比例控制，也是安然熱工獨有的專利技術；

氣氛動態控制：在全窯氣氛控制方面采用了多項自主知識產權的專利技術，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；

壓力動態控制：壓力控制包括窯內零壓位控制，確保進排風系統動態平衡，壓力的平衡是溫度和氣氛平衡的基礎。

（2）環保達標零排放

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

安然熱工氣氛保護式自焚燒高溫碳化隧道窯現場圖

（3）氣氛保護式急冷系統

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的貧氧或外加的無氧保護氣體對該段進行降溫，為了實現節能，將降溫的形式由傳統的對急冷段直供冷風，改為貧氧或無氧保護氣冷卻系統，該系統也是安然熱工自行研發獨有知識產權的專利技術。

（4）氣氛保護式緩冷系統

同樣選用了自主知識產權的專利技術：窯爐貧氧或無氧保護氣體冷卻系統裝置。

（5）氣氛保護式尾冷系統

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的尾冷降溫方式，因此仍然選用了安然熱工自主知識產權的專利技術，窯爐貧氧或無氧保護氣體冷卻系統裝置。

除此之外，多年來安然不斷投入人力物力到工業爐窯熱工技術與裝備的研發中，獲得近四十項國家專利，并推廣應用到各行各業的加熱、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；超高溫(1860℃)耐火材料（鎂質、鋯質）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都得到了廣泛的應用。

專業的事就交給專業的團隊去做，無論是正在飛速發展的新能源行業還是其他穩步向前的行業，工藝技術設備的創新和提升都是邁向高端領域發展的基石，有時候僅僅只是做了微創新，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，專注于工業窯爐熱工技術與裝備研究的民族企業做支撐，能向新能源鋰電池材料行業進軍的告捷，正是公司團隊儲備有扎實的熱工窯爐專業技術功底和多年來對工業爐窯燃燒、控制技術的研發創新和沉淀的實力體現。

粉體圈小吉

本文為粉體圈原創作品，未經許可，不得轉載，也不得歪曲、篡改或復制本文內容，否則本公司將依法追究法律責任。