锂电池负极材料石墨化装坩埚工艺及装备研究

MECHANICAL ENGINEER

锂电池负极材料石墨化装坩埚工艺及装备研究

吕国锋

(广东科达洁能股份有限公司，广东佛山528313)

摘要：采用机械振动法在锂电池负极材料石墨化装坩埚研究过程中得到了0.706 g/cm3的装填密度，提高了石墨化生产厂 家的一次装炉量，提高了电能的有效利用，降低了生产成本。在研究过程中分别通过试验对比了松装、真空包装、振实、墩实 和捣实等不同方式的装填，结果表明，既提高了装坩埚效率，又把工人从恶劣的作业环境中出来，该设备在石墨化工厂 的投入使用意义重大。

关键词：机械振动法；负极材料;石墨化;装坩埚；自动化中图分类号:TM 911

文献标志码：A

文章编号：1002-2333(2017)10-0104-02

Research on Processing and Equipment of Lithium Battery Anode Material Graphite Crucible Assembly

LV Guofeng

(KEDA Industrial Co., Ltd., Foshan 528313, China)

Abstra:The graphite density of 0.706 g/cm3 is obtained by the mechanical vibration method in producing lithium battery

anode material processing, which can improve the capacity of furnace loading and the efficiency of electric energy usage, and reduce the producing cost. Loose -packed, vacuum packed, vibrated package, compacted package and tamped package are used to compare respectively in the study, the results show that the equipment can not only improve the efficiency of the loading, but also keep the workers away from the harsh operating environment, the equipment is of great significance to graphite chemical plants.

Keywords: mechanical vibration; anode materials; graphitization; crucible charge; automation

0引言表1

序号1234

装填方式松装捣实墩实振实

不同方式装填密度装填后质量/kg

0.8431.0531.1701.086

换算装填密度/(g*cm-3)

0.30.6800.7600.706

在锂电池负极材料制备石墨化过程中，大部分工厂 采用人工方式装填坩埚，不仅装填效率低，装填密度低， 而且工人长时间处于石墨粉尘所包围的恶劣环境中，对 工人的身心造成了很大的伤害，一直以来困扰着锂电池 负极材料生产厂家。

为改变现状，通过查阅相关资料及文献，我们发现从 事此方面研究的并不多；而且国内能提供自动化装填的 供应商也是寥寥无几，这些供应商基本上都是通过采用 在上部料仓抽真空再用螺旋推送杆挤人匣钵或坩埚的方 式，设备投资大，效率低，故障率高。基于此，我们通过大 量试验对比，最终选用机械振动法，设计并制造了自动化 装坩埚生产线，通过在锂电池负极材料生产厂家的使用， 证明该方法是可行的，为生产厂家解决了生产难题。

1

试验装置与方法

同规格的真空包装袋，分别装人同样质量的石墨粉，一袋松装排出气体封袋，一袋松装后放人真空包装机中抽真空封袋，然后分别放人盛水的烧怀中测量体积，之后通过密度公式计算大致得出这两种装填方式的密度数据（如

表2)。

表2不同方式装填密度

序号12

装填方式松装封袋抽真空封袋

装填后质量/kg

1.01.0

换算装填密度/(g_cm-3)

0.5030.710

试验的目的是找出最佳的装填法，既能达到装填密度 高又便于实现自动化生产的方法。我们进行了先行试验， 采用1.5 L饮料瓶作为装填容器，将饮料瓶装满水，倒人2 L 烧杯中测出饮料瓶的实际体积，再在精度为0.01 g的电子 台秤上称出空瓶质量为0.032 kg，然后将锂电池负极材料 生产厂家提供的石墨粉分别采用松装、捣实装填、墩实装 填、放在简易振动平台上装填，做好标识并分别用电子台 秤称量出质量，之后减去饮料瓶的质量得出每种装填方式 的质量，然后根据密度公式计算得出数据(如表1)。

为了进一步验证其它方式的装填密度，我们采用相

我们对上述几种装填方式进行了对比分析，发现松 装密度接近手册给出的石墨粉密度，证明我们的测量及 计算方式是正确的；采用捣实装填方式很接近目前人工 装填的方式，即一边往坩埚中加粉，一边用木棒捣实，装 填时间长，容易扬尘(人工装填不方便封闭）采用墩实的 方式虽然密度大但却只能用于实验，不能用于装填石墨 坩埚，墩实动作会使坩埚破碎，所以该方式不能实际应 用;采用振实方式，装填时间短，装填密度较捣实装填密 度大，易于自动化装备设计；而采用抽真空包装如前所 述，设备投人成本比较大，一般石墨化工厂投资大。综上

104 I 2017年第 1◦期网址：www.jxgcs.com 电由Lhrbengineer@163.com

机械工程师

MECHANICAL ENGINEER

分析我们决定采用易于实现自动化的振实包装工艺。

粉，要采用高频低振幅的方式振实效果最佳。同时因石墨 导电，该自动化装置所用电气单元要做好隔离防护。

2振动装填设备结构设计及工艺设计

设备结构如图1所示。工艺流程见图2。

以装填外径准500 mm、内径准440 mm、高700 mm增祸

3结论

1)采用振动方式代替人工装填方式不仅可以实现装

备的自动化，同时大大提高了工作效率。2)为了获得最大 的装填量及最短的装填时间，在换用不同规格石墨坩埚 时需要先进行正交试验找出最佳参数。

为例，为了获得最大装填量、最短装填时间，在所用石墨粉

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图1

设备结构图

1.振动台2.对中机构3.盖帽组件4.初装组件5.动力输 料部分6.防尘罩机架7.搅笼部分8.压实部分9.机架 10.动力滚筒

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不变的情况下分别初装40 kg、60 kg，振动电动机变频频率 为40 Hz、60 Hz的条件下进行了正交试验法(见表3)。

通过比较得出，初装60 kg，振动电动机变频频率为 60 Hz时，装填量最大，用时最短。随后我们尝试在振动过 程中改变振动电动机的变频频率发现在频率设置为50

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有效装填时间/s

300250200180

陈延信，吴锋,胡亚茹，等.提高粉体堆积密度的理论与实验研究

表3

组别1234

初装质量/kg

40406060

40604060

装填参数选择

装填质量/kg

72747275

频率/Hz

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(编辑黄荻)

Hz时，石墨粉在坩埚内产生“沸腾”现象，不利于振实，扬 尘很大。通过分析及验证得出，对于这种超细粒度的石墨

(上接第103页）我公司石灰石粉气力输送系统做了改

造尝试，取得了成功，可作为同类型系统的借鉴。

[参 考 文 献]

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作者简介：刘（1977—)，男，工程师，从事电厂热能工程及环保

技术工作。

收稿日期：2017-05-16

网址:www.jxgcs.com 电邮：hrbengineer@163.com 2017 年第 10 期 105