Dengan pesatnya perkembangan kendaraan energi baru di seluruh dunia, permintaan pasar akan material anoda baterai lithium telah meningkat secara signifikan. Menurut statistik, pada tahun 2021, delapan perusahaan anoda baterai lithium teratas di industri ini berencana untuk memperluas kapasitas produksi mereka hingga hampir satu juta ton. Grafitisasi memiliki dampak terbesar pada indeks dan biaya material anoda. Peralatan grafitisasi di Tiongkok memiliki banyak jenis, konsumsi energi yang tinggi, polusi yang berat, dan tingkat otomatisasi yang rendah, yang membatasi perkembangan material anoda grafit sampai batas tertentu. Ini adalah masalah utama yang perlu segera dipecahkan dalam proses produksi material anoda.
1. Situasi terkini dan perbandingan tungku grafitisasi negatif
1.1 Tungku grafitisasi negatif Atchison
Pada jenis tungku modifikasi berdasarkan tungku grafitisasi elektroda Aitcheson tradisional, tungku asli diisi dengan krusibel grafit sebagai pembawa material elektroda negatif (krusibel diisi dengan bahan baku elektroda negatif yang telah dikarbonisasi), inti tungku diisi dengan material tahan panas, lapisan luar diisi dengan material isolasi dan isolasi dinding tungku. Setelah dialiri listrik, suhu tinggi 2800 ~ 3000℃ dihasilkan terutama oleh pemanasan material tahan panas, dan material negatif dalam krusibel dipanaskan secara tidak langsung untuk mencapai pembentukan tinta batu suhu tinggi pada material negatif.
1.2. Tungku grafitisasi seri panas internal
Model tungku ini mengacu pada tungku grafitisasi seri yang digunakan untuk produksi elektroda grafit, dan beberapa wadah elektroda (berisi material elektroda negatif) dihubungkan secara seri memanjang. Wadah elektroda berfungsi sebagai pembawa dan pemanas, dan arus mengalir melalui wadah elektroda untuk menghasilkan suhu tinggi dan langsung memanaskan material elektroda negatif di dalamnya. Proses grafitisasi tidak menggunakan material resistansi, sehingga menyederhanakan proses pengoperasian pemuatan dan pemanasan, serta mengurangi kehilangan panas material resistansi, sehingga menghemat konsumsi daya.
1.3 Tungku grafitisasi tipe kotak kisi
Aplikasi nomor 1 semakin meningkat dalam beberapa tahun terakhir, terutama yang dipelajari dari seri tungku grafitisasi Acheson dan karakteristik teknologi gabungan dari tungku grafitisasi. Inti tungku menggunakan struktur kotak material kisi pelat anoda ganda, material katoda dimasukkan sebagai bahan baku, dan pelat anoda dihubungkan melalui semua sambungan berlubang di antara kolom, setiap wadah menggunakan pelat anoda yang disegel dengan material yang sama. Kolom dan pelat anoda dari struktur kotak material bersama-sama membentuk badan pemanas. Listrik mengalir melalui elektroda kepala tungku ke badan pemanas inti tungku, dan suhu tinggi yang dihasilkan langsung memanaskan material anoda di dalam kotak untuk mencapai tujuan grafitisasi.
1.4 Perbandingan tiga jenis tungku grafitisasi
Tungku grafitisasi seri pemanasan internal memanaskan material secara langsung dengan memanaskan elektroda grafit berongga. "Panas Joule" yang dihasilkan oleh arus melalui wadah elektroda sebagian besar digunakan untuk memanaskan material dan wadah. Kecepatan pemanasannya cepat, distribusi suhunya seragam, dan efisiensi termalnya lebih tinggi daripada tungku Atchison tradisional dengan pemanasan material resistansi. Tungku grafitisasi grid-box memanfaatkan keunggulan tungku grafitisasi seri pemanasan internal, dan menggunakan pelat anoda pra-panggang dengan biaya lebih rendah sebagai badan pemanas. Dibandingkan dengan tungku grafitisasi seri, kapasitas muat tungku grafitisasi grid-box lebih besar, dan konsumsi daya per unit produk berkurang correspondingly.
2. Arah pengembangan tungku grafitisasi negatif
2.1 Optimalkan struktur dinding perimeter
Saat ini, lapisan isolasi termal dari beberapa tungku grafitisasi terutama diisi dengan karbon hitam dan kokas minyak bumi. Bagian bahan isolasi ini, selama produksi terjadi pembakaran oksidasi suhu tinggi, sehingga setiap kali pengisian dan pengeluaran perlu diganti atau ditambahkan bahan isolasi khusus. Proses penggantian ini memiliki lingkungan kerja yang buruk dan intensitas kerja yang tinggi.
Salah satu cara yang dapat dipertimbangkan adalah menggunakan bata semen khusus berkekuatan tinggi dan tahan suhu tinggi untuk dinding bata, guna meningkatkan kekuatan keseluruhan, memastikan stabilitas dinding dalam seluruh siklus operasi terhadap deformasi, sekaligus menyegel sambungan bata, mencegah udara berlebih masuk ke dalam tungku melalui retakan dan celah dinding bata, serta mengurangi kehilangan bahan isolasi dan bahan anoda akibat oksidasi dan pembakaran;
Kedua, memasang lapisan insulasi bergerak massal secara keseluruhan yang digantung di luar dinding tungku, seperti penggunaan papan serat berkekuatan tinggi atau papan kalsium silikat, yang berperan efektif sebagai penyegel dan insulasi pada tahap pemanasan, dan memudahkan pelepasan lapisan insulasi untuk pendinginan cepat pada tahap pendinginan; Ketiga, saluran ventilasi dipasang di bagian bawah tungku dan dinding tungku. Saluran ventilasi menggunakan struktur bata kisi prefabrikasi dengan mulut betina pada sabuk, sambil menopang pasangan bata semen suhu tinggi, dan mempertimbangkan pendinginan ventilasi paksa pada fase dingin.
2.2 Mengoptimalkan kurva catu daya dengan simulasi numerik
Saat ini, kurva catu daya tungku grafitisasi elektroda negatif dibuat berdasarkan pengalaman, dan proses grafitisasi disesuaikan secara manual setiap saat sesuai dengan suhu dan kondisi tungku, dan belum ada standar yang seragam. Mengoptimalkan kurva pemanasan dapat secara signifikan mengurangi indeks konsumsi daya dan memastikan pengoperasian tungku yang aman. MODEL NUMERIK penyelarasan jarum HARUS DIBUAT dengan cara ilmiah sesuai dengan berbagai kondisi batas dan parameter fisik, dan hubungan antara arus, tegangan, daya total, dan distribusi suhu penampang dalam proses grafitisasi harus dianalisis, sehingga dapat merumuskan kurva pemanasan yang sesuai dan terus menyesuaikannya dalam pengoperasian aktual. Misalnya, pada tahap awal transmisi daya digunakan transmisi daya tinggi, kemudian daya dikurangi dengan cepat dan kemudian perlahan dinaikkan, daya dinaikkan dan kemudian daya dikurangi hingga daya diturunkan sepenuhnya.
2.3 Memperpanjang masa pakai wadah dan badan pemanas
Selain konsumsi daya, masa pakai krusibel dan pemanas juga secara langsung menentukan biaya grafitisasi negatif. Untuk krusibel grafit dan badan pemanas grafit, sistem manajemen produksi seperti pengisian, pengendalian laju pemanasan dan pendinginan yang wajar, jalur produksi krusibel otomatis, penguatan penyegelan untuk mencegah oksidasi, dan langkah-langkah lain dapat meningkatkan jumlah daur ulang krusibel, sehingga secara efektif mengurangi biaya grafitisasi. Selain langkah-langkah di atas, pelat pemanas tungku grafitisasi kotak kisi juga dapat digunakan sebagai bahan pemanas anoda pra-panggang, elektroda, atau bahan karbon tetap dengan resistivitas tinggi untuk menghemat biaya grafitisasi.
2.4 Pengendalian gas buang dan pemanfaatan panas limbah
Gas buang yang dihasilkan selama proses grafitisasi terutama berasal dari zat volatil dan produk pembakaran bahan anoda, pembakaran karbon permukaan, kebocoran udara, dan sebagainya. Pada awal pengoperasian tungku, zat volatil dan debu keluar dalam jumlah besar, lingkungan bengkel buruk, sebagian besar perusahaan tidak memiliki tindakan penanganan yang efektif, ini adalah masalah terbesar yang memengaruhi kesehatan dan keselamatan kerja operator dalam produksi elektroda negatif. Upaya lebih lanjut harus dilakukan untuk mempertimbangkan secara komprehensif pengumpulan dan pengelolaan gas buang dan debu yang efektif di bengkel, dan tindakan ventilasi yang wajar harus diambil untuk mengurangi suhu bengkel dan meningkatkan lingkungan kerja bengkel grafitisasi.
Setelah gas buang dapat dikumpulkan melalui cerobong asap ke ruang pembakaran campuran, sebagian besar tar dan debu dalam gas buang dihilangkan, diharapkan suhu gas buang di ruang pembakaran berada di atas 800℃, dan panas limbah gas buang dapat dipulihkan melalui boiler uap panas limbah atau penukar panas cangkang. Teknologi pembakaran RTO yang digunakan dalam pengolahan asap aspal karbon juga dapat digunakan sebagai referensi, dan gas buang aspal dipanaskan hingga 850 ~ 900℃. Melalui pembakaran penyimpanan panas, aspal dan komponen volatil serta hidrokarbon aromatik polisiklik lainnya dalam gas buang dioksidasi dan akhirnya diuraikan menjadi CO2 dan H2O, dan efisiensi pemurnian efektif dapat mencapai lebih dari 99%. Sistem ini memiliki operasi yang stabil dan tingkat operasi yang tinggi.
2.5 Tungku grafitisasi negatif kontinu vertikal
Beberapa jenis tungku grafitisasi yang disebutkan di atas merupakan struktur tungku utama produksi material anoda di Tiongkok. Persamaannya adalah produksi intermiten periodik, efisiensi termal rendah, dan pengeluaran material sebagian besar bergantung pada operasi manual, dengan tingkat otomatisasi yang rendah. Tungku grafitisasi negatif kontinu vertikal serupa dapat dikembangkan dengan mengacu pada model tungku kalsinasi kokas minyak bumi dan tungku poros kalsinasi bauksit. Busur resistansi digunakan sebagai sumber panas suhu tinggi, material dikeluarkan secara kontinu karena gravitasi sendiri, dan struktur pendinginan air konvensional atau pendinginan gasifikasi digunakan untuk mendinginkan material suhu tinggi di area keluaran, serta sistem pengangkutan pneumatik bubuk digunakan untuk mengeluarkan dan memasukkan material ke luar tungku. Tipe tungku ini dapat mewujudkan produksi kontinu, kehilangan panas penyimpanan badan tungku dapat diabaikan, sehingga efisiensi termal meningkat secara signifikan, keunggulan output dan konsumsi energi sangat jelas, dan operasi otomatis penuh dapat sepenuhnya diwujudkan. Masalah utama yang perlu dipecahkan adalah fluiditas bubuk, keseragaman derajat grafitisasi, keamanan, pemantauan suhu dan pendinginan, dll. Diyakini bahwa dengan keberhasilan pengembangan tungku untuk produksi industri skala besar, hal ini akan memicu revolusi di bidang grafitisasi elektroda negatif.
3 bahasa simpul
Proses kimia grafit merupakan masalah terbesar yang menghambat produsen material anoda baterai lithium. Alasan mendasarnya adalah masih terdapat beberapa masalah dalam hal konsumsi daya, biaya, perlindungan lingkungan, tingkat otomatisasi, keselamatan, dan aspek lainnya dari tungku grafitisasi periodik yang banyak digunakan. Tren masa depan industri ini mengarah pada pengembangan struktur tungku produksi kontinu emisi yang sepenuhnya otomatis dan terorganisir, serta fasilitas proses pendukung yang matang dan andal. Pada saat itu, masalah grafitisasi yang menghambat perusahaan akan meningkat secara signifikan, dan industri akan memasuki periode perkembangan yang stabil, mendorong perkembangan pesat industri terkait energi baru.
Waktu posting: 19 Agustus 2022