中國粉體網(wǎng)訊  石墨負(fù)極材料分為人造石墨和天然石墨兩種。從負(fù)極市場(chǎng)出貨結(jié)構(gòu)看，人造石墨市場(chǎng)占比逐步上升，占據(jù)大部分市場(chǎng)份額，天然石墨占比呈下降趨勢(shì)。兩種石墨負(fù)極材料的生產(chǎn)工藝存一定差異。天然石墨生產(chǎn)流程主要分為提純、改性、混合、碳化四大環(huán)節(jié)。人造石墨生產(chǎn)流程主要分為破碎、造粒、石墨化、篩分四大環(huán)節(jié)。人造石墨生產(chǎn)工藝復(fù)雜，石墨化是其中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1、人造石墨生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)——石墨化

石墨化是指非石墨質(zhì)炭經(jīng)高溫?zé)崽幚�，轉(zhuǎn)變成具有石墨三維規(guī)則有序結(jié)構(gòu)的石墨質(zhì)炭。最初起源于碳素制品行業(yè)，是生產(chǎn)石墨電極的必備工序。石墨化作用是為了提高炭材料的熱、電傳導(dǎo)性，提高炭材料的抗熱震性和化學(xué)穩(wěn)定性，使炭材料具有潤滑性和抗磨性，提高炭材料純度。

使用高溫?zé)崽幚韺?duì)原子重排及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變提供能量，這一過程需要消耗大量能量。電力是石墨化生產(chǎn)消耗的主要能源，通常情況下，采用電加熱方式將半成品加熱至2800℃以上，電力耗費(fèi)規(guī)模大、時(shí)間長。電費(fèi)在石墨化成本中占比高達(dá)60%，石墨化成本在人造石墨負(fù)極制造成本中占55%。

人造石墨負(fù)極材料成本（資料來源：隆眾咨詢、華安證券研究所）

2、3種常用的負(fù)極石墨化爐設(shè)備

目前廣泛應(yīng)用的負(fù)極石墨化爐包括艾奇遜負(fù)極石墨化爐、內(nèi)熱串接石墨化爐、網(wǎng)格箱式石墨化爐等。

①艾奇遜負(fù)極石墨化爐

艾奇遜石墨化爐使用歷史悠久，是目前最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的石墨化爐，其主要優(yōu)點(diǎn)包括結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、容易維修等，但是缺點(diǎn)是熱損失大，能量有效利用率僅30%左右，單位電耗達(dá)4000-4800kWh/t，且需要大量的冶金焦作為電阻料，污染比較嚴(yán)重。

艾奇遜爐坩堝裝出爐操作

在傳統(tǒng)電極艾奇遜爐石墨化爐基礎(chǔ)上的改進(jìn)爐型，在原爐內(nèi)裝入石墨坩堝作為負(fù)極材料的載體（坩堝內(nèi)裝入碳化后的負(fù)極原料），爐芯內(nèi)填充發(fā)熱電阻料，外層采用保溫料和爐墻保溫。通電后主要依靠電阻料發(fā)熱產(chǎn)生2800～3000℃的高溫，間接加熱坩堝內(nèi)的負(fù)極材料，最終達(dá)到負(fù)極材料的高溫石墨化。

②內(nèi)熱串接石墨化爐

該爐型借鑒用于石墨電極生產(chǎn)的串接石墨化爐，縱向串聯(lián)數(shù)根電極坩堝(內(nèi)裝負(fù)極材料)，電極坩堝既是載體也是發(fā)熱體，電流通過電極坩堝產(chǎn)生高溫，直接加熱內(nèi)部負(fù)極材料。石墨化過程不使用電阻料，簡化了裝出爐工藝操作，同時(shí)減少了電阻料的蓄熱損失，節(jié)省了電耗。

內(nèi)熱串接爐示意圖

③網(wǎng)格箱式石墨化爐

該爐型近年來的應(yīng)用日益增多，主要是吸取了傳統(tǒng)艾奇遜石墨化爐和串接石墨化爐的技術(shù)特點(diǎn)，爐芯采用多塊陽極板組成網(wǎng)格式的料箱結(jié)構(gòu)，料箱內(nèi)裝入負(fù)極原料，陽極板間通過四面開槽的連接柱固定，每個(gè)料箱的上、下面采用同材質(zhì)的陽極板密封。組成料箱結(jié)構(gòu)的立柱和陽極板共同構(gòu)成發(fā)熱體，電流經(jīng)爐頭電極送入爐芯發(fā)熱體，產(chǎn)生的高溫直接加熱箱內(nèi)負(fù)極材料，達(dá)到石墨化的目的。

箱式石墨化爐示意圖

3、負(fù)極材料石墨化爐對(duì)比

內(nèi)熱串接石墨化爐是靠中空的石墨電極發(fā)熱來直接加熱物料，電流通過電極坩堝產(chǎn)生的“焦耳熱”大部分用于加熱物料和坩堝，加熱速度快，溫度分布均勻，熱效率相比采用電阻料發(fā)熱的傳統(tǒng)艾奇遜爐更高。網(wǎng)格箱式石墨化爐借鑒了內(nèi)熱串接石墨化爐的優(yōu)點(diǎn)，采用了造價(jià)更低的預(yù)焙陽極板作為發(fā)熱體，裝爐量相比串接爐更大，單位產(chǎn)品電耗也相應(yīng)降低。

3類負(fù)極石墨化爐對(duì)比（資料來源：CNKI，華安證券研究所）

小結(jié)

出于降低能耗以及控制成本角度，目前負(fù)極石墨化領(lǐng)域逐漸轉(zhuǎn)向新技術(shù)。為了應(yīng)對(duì)國內(nèi)越來越嚴(yán)厲的能耗政策以及不斷上升的成本壓力，負(fù)極企業(yè)逐步探索了新的石墨化技術(shù)，主要趨勢(shì)有兩種，一種就是在艾奇遜爐基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的箱式爐，另外一種是連續(xù)石墨化爐。隨著爐型的不斷升級(jí)改進(jìn)，負(fù)極石墨化領(lǐng)域也在日益革新，也必將推動(dòng)負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

參考來源：

[1]呂博等.鋰電池負(fù)極石墨化爐技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向

[2]石墨化供需偏緊，一體化布局企業(yè)顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì).東莞證券

[3]石墨化缺口仍在，工藝迭代及一體化布局重塑負(fù)極格局.華安證券

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！