阅读说明：本技术 用于锂离子电池负极材料炭化处理的炭化炉 (Carbonization furnace for carbonizing lithium ion battery negative electrode material ) 是由 李鹏 于 2020-05-27 设计创作，主要内容包括：本发明的用于锂离子电池负极材料炭化处理的炭化炉,包括炉头、炉尾、炉顶、炉底、炉侧墙和辅助导电体；所述炉头、炉尾和炉侧墙分别与炉底固定连接；所述炉头和炉尾分别设置有向外壁伸出的石墨电极；所述炉顶是可拆卸的并且设置有排气口；所述炉头、炉尾、炉顶、炉底和炉侧墙之间形成一个立方体形状的炉腔；所述辅助导电体为导电石墨毡或导电炭毡或石墨纸,所述辅助导电体在所述炉腔内上下间隔铺设有多层；每层所述辅助导电体的一端与所述炉头内壁接触连接、另一端与所述炉尾内壁接触连接；每层所述辅助导电体两端分别通过所述炉头和炉尾与对应的所述石墨电极导通；每层所述辅助导电体的上下两侧的间隔空间用于填充待炭化物料。(The invention relates to a carbonization furnace for carbonizing a lithium ion battery negative electrode material, which comprises a furnace end, a furnace tail, a furnace top, a furnace bottom, a furnace side wall and an auxiliary conductor, wherein the furnace end is connected with the furnace tail; the furnace head, the furnace tail and the furnace side wall are respectively and fixedly connected with the furnace bottom; the furnace head and the furnace tail are respectively provided with a graphite electrode extending towards the outer wall; the furnace roof is detachable and is provided with an exhaust port; a cubic furnace chamber is formed among the furnace end, the furnace tail, the furnace top, the furnace bottom and the furnace side wall; the auxiliary electric conductors are conductive graphite felts or conductive carbon felts or graphite paper, and a plurality of layers of auxiliary electric conductors are laid in the furnace chamber at intervals up and down; one end of each layer of the auxiliary conductor is in contact connection with the inner wall of the furnace end, and the other end of each layer of the auxiliary conductor is in contact connection with the inner wall of the furnace tail; two ends of each layer of auxiliary conductor are respectively communicated with the corresponding graphite electrodes through the furnace head and the furnace tail; the space between the upper side and the lower side of each layer of the auxiliary conductor is used for filling the material to be carbonized.)

用于锂离子电池负极材料炭化处理的炭化炉

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池负极材料炭化处理的炭化炉。

背景技术

在锂离子电池用的炭负极材料的工业生产中，经常要对粉状炭质中间体进行900℃-1400℃的热处理，业内通常称之为炭化处理，与之对应的设备称为炭化炉。部分种类炭质中间体经过炭化处理后，可以直接作为负极材料进行使用或销售，还有一部分种类炭质中间体需要进行更高温度的石墨化处理才能使用。而石墨化处理属于高能耗、高成本生产过程。在石墨化前对它们进行预先炭化处理会显著提高材料装填密度，提高石墨化炉单炉产量，降低石墨化处理的生产成本。

目前，对于以粉体或小颗粒为主的炭质中间体物料的炭化处理装置主要有两类：推板窑和井式炉，这两种热处理装置有各自的优点，但都存在相当多的明显不足。

推板窑作为以粉体或小颗粒为主的炭质中间体物料的炭化处理装置，具有难以克服的多个缺点：1、加热元件及坩埚的损耗很大，设备运转维护费用大；2、被热处理的炭质中间体物料为间接加热，推板及坩埚的加热属于无效加热，热效率低，能耗大；3、大量惰性的保护气体的使用，进一步提高了生产成本；4、高挥发分物料产生的挥发分在高温下会在推板窑的加热元件上积碳，从而造成加热元件频繁损坏，导致推板窑无法对高挥发分物料进行炭化处理。

井式炉作为以粉体或小颗粒为主的炭质中间体物料的炭化处理装置，其缺点也同样是很明显的：1、对于锂离子电池负极材料的炭化处理，即使最大的井式炉每炉也只能装载和处理不到300公斤物料，设备产能低下，无法实现大规模连续生产；2、在每次生产过程中其加热装置对炉甄的加热同样属于无效加热，存在着较大的能源浪费，热效率低下；3、炉甄反复急冷急热，造成炉甄使用寿命普遍较低，进一步加大了生产成本。

近年来锂离子电池行业发展迅猛，最初锂离子电池只是应用在手机、相机等小型数码产品上，如今扩展到电动汽车、无人机、储能电站等广泛领域，其对负极材料总的社会需求量由每年数千吨上升到每年几十万吨，提高了两个数量级。这就要求对应的生产装置必须满足大规模批量化生产的新要求。炭化炉作为负极材料生产的重要设备之一，提高单位设备产能、降低能耗和成本有了重要的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种成本更低、产能更大、能耗更低、效率更高的用于锂离子电池负极材料炭化处理的炭化炉。

为了解决上述技术问题，本发明的用于锂离子电池负极材料炭化处理的炭化炉，其特征在于：包括炉头、炉尾、炉顶、炉底、炉侧墙和辅助导电体；所述炉头、炉尾和炉侧墙分别与炉底固定连接；所述炉头和炉尾分别设置有向外壁伸出的石墨电极；所述炉顶是可拆卸的并且设置有排气口；所述炉头、炉尾、炉顶、炉底和炉侧墙之间形成一个立方体形状的炉腔；所述辅助导电体为导电石墨毡或导电炭毡或石墨纸，所述辅助导电体在所述炉腔内上下间隔铺设有多层；每层所述辅助导电体的一端与所述炉头内壁接触连接、另一端与所述炉尾内壁接触连接；每层所述辅助导电体两端分别通过所述炉头和炉尾与对应的所述石墨电极导通；每层所述辅助导电体的上下两侧的间隔空间用于填充待炭化物料。

所述辅助导电体为多张首尾搭接结构。

所述炉底和炉侧墙均以绝缘耐火砖辅以耐火水泥砌筑。

所述炉头和炉尾均以石墨砖或碳砖辅以导电粘结剂砌筑。

所述炉顶设置有多层，每层炉顶设置有多张耐火纤维毡，所述炉顶均匀设置有多个排气口。

所述炉顶的排气口上方设置有气体收集罩，所述气体收集罩与引风系统连接，所述引风系统与尾气净化系统连接。

所述炭化炉设置有多个用于检测炉温的测温点，所述测温点设置有铂铑铂热电偶，所述铂铑铂热电偶与所述温度场监控系统连接。

采用本发明的结构，由于辅助导电体与待炭化物料逐层交替铺设，辅助导电体直接对待炭化物料导热，待炭化物料升温后主要通过待炭化物料自身通电发热，极大的提高了单台炭化炉的生产能力和生产效率，生产周期更短。由于辅助导电体采用石墨毡或者炭毡或石墨纸，辅助导电体的总重量相较物料总重量几乎可以忽略，属于辅助导电体的无效加热占比更小，因此能耗更少，生产成本更低。而且炭毡或石墨毡具有柔韧性和透气性等特点，能够与待炭化物料更紧密地接触，减少空隙，提高产能，同时可以使尾气更快排出，而且能重复利用。石墨纸成本更低。

附图说明

图1为本发明的俯视图。

图2为本发明的侧面剖视图。

图3为本发明的端部视图。

图4为图2中的A-A剖视图。

图5为图2中的B-B剖视图。

图中：1-石墨电极，2-炉头，3-炉顶，4-排气口，5-炉侧墙，6-炉尾，7-石墨电极，8-炉底，9-待炭化物料，10-辅助导电体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明的用于锂离子电池负极材料炭化处理的炭化炉，包括炉头、炉尾、炉顶、炉底、炉侧墙和辅助导电体。

炉头、炉尾和炉侧墙分别设置在炉底上与炉底固定连接。炉头与炉尾设置在炭化炉两端，炉侧墙设置在炭化炉两侧。炉头和炉尾分别设置有向外壁伸出的石墨电极，石墨电极为方形电极。石墨电极用于给炭化炉通电。炉顶设置在炭化炉顶部，炉顶是可拆卸的并且设置有排气口，炉顶为耐火纤维材质，排气口用于排出炭化处理过程中待炭化物料受热产生的挥发性气体。炉头、炉尾、炉顶、炉底和炉侧墙之间形成一个立方体形状的炉腔。

辅助导电体为导电石墨毡或导电炭毡或石墨纸，导电石墨毡和炭毡和石墨纸具有导电、隔离、发热、柔韧和透气等性能，辅助导电体在炉腔内上下间隔铺设有多层。每层辅助导电体的一端与炉头内壁接触连接、另一端与炉尾内壁接触连接。每层辅助导电体两端分别通过炉头和炉尾与对应的石墨电极导通。每层辅助导电体的上下两侧的间隔空间用于填充待炭化物料。辅助导电体可以导电发热，进而对待炭化物料进行炭化处理。

使用本发明的炭化炉进行炭化处理时，包括装炉、升温、降温、出炉四个步骤。装炉时，在炉腔中逐层加入待炭化物料，每层待炭化物料上铺设辅助导电体，辅助导电体两端分别与炉头和炉尾接触导通，再盖上炉顶，完成装炉。升温时，在炉头和炉尾的石墨电极上施加用于炭化处理的可调电压，优选直流电，使辅助导电体直接通电发热，通过电热方式对炭化炉进行升温。在升温初期，辅助导电体对上下两侧近处的待炭化物料进行升温加热，温度升高后的待炭化物料，导电性也提升，进而自身也通电发热，随着热量的传递，周边更多的待炭化物料发生同样转变，到升温中后期变为主要通过待炭化物料自身通电发热而产生热量。当待炭化物料温度达到工艺要求后，停止送电，完成升温。在降温时，先自然冷却一段时间，然后揭掉炉顶，加快炉身和炉内已炭化物料散热，当已炭化物料温度降至满足出炉条件时，降温结束。在出炉时，逐层揭掉辅助导电体和逐层收集已炭化物料，完成出炉。

辅助导电体为多张首尾搭接结构，更方便反复拆装和存放。

炉底和炉侧墙均以绝缘耐火砖辅以耐火水泥砌筑，避免漏电和热量散失。

炉头和炉尾均以石墨砖或碳砖辅以导电粘结剂砌筑。炉头和炉尾为导电墙，整个墙体均导电，便于将电流直接流向待炭化物料，而且更大范围与待炭化物料直接通电，可以提高待炭化物料的通电发热范围，进而提高待炭化物料的炭化效率。

炉顶设置有多层，每层炉顶包括多张耐火纤维毡，所述炉顶均匀设置有多个排气口，排气口设置在纤维毡中。耐火纤维毡重量更轻、韧性更好、使用寿命更长，使用更方便。炉顶设置多层耐火纤维毡结构，更加密封保温，而且便于一层一层揭掉炉顶，更省力。炉顶均匀设置多个排气口可以更快速和更均匀排出挥发性气体，进而减少积碳，减少辅助导电体损坏。

炉顶的排气口上方设置有气体收集罩，气体收集罩与引风系统连接，引风系统与尾气净化系统连接。在升温过程中，待炭化物料产生的挥发性气体，透过粉体间隙和辅助导电体的孔隙，从炉顶的排气口排出。而排气口上方的气体收集罩在引风系统的负压作用下吸入挥发性气体，最后挥发性气体经过引风系统进入尾气净化系统进行净化处理。通过设置气体收集罩、引风系统和尾气净化系统，可以对尾气净化，减少空气污染。

炭化炉设置有多个用于检测炉温的测温点，测温点设置有铂铑铂热电偶，铂铑铂热电偶与温度场监控系统连接。铂铑铂热电偶从多个测温点对待炭化物料进行测温，而温度场监控系统收集铂铑铂热电偶采集的温度数据，形成温度场数据，用于控制电压和功率以及判断是否达到炭化加热的工艺要求。