[发明专利]石墨块、石墨构件及其抑制负极石墨化箱式炉膨胀的方法

说明书

本申请提出了石墨块、石墨构件及其抑制负极石墨化箱式炉膨胀的方法，涉及炭材料技术领域。该石墨块呈条形，石墨块的截面为三角型或梯形；该石墨构件由至少一组石墨组组成；石墨组由至少一个石墨块连续设置，位于同一组的石墨块的截面重合，相邻两组石墨组的长度方向平行设置；该方法包括：负极石墨化箱式炉内设箱体；两个石墨构件设置于负极石墨化箱式炉内，并分别呈对称设置于箱体的两外侧。由该石墨块组成的石墨构件在负极石墨化箱式炉装炉时安装在箱式炉两端均流缓冲区，通过楔形结构斜面导料作用，吸收及抑制石墨化过程中箱体的轴向膨胀位移，能够明显改善箱体膨胀对炉头的作用力，增加炉头耐用寿命及降低喷炉风险。

技术领域

本申请涉及炭材料技术领域，具体而言，涉及石墨块、石墨构件及其抑制负极石墨化箱式炉膨胀的方法。

背景技术

人造石墨负极材料是现在阶段锂离子电池的负极材料中的主流材料，随着近年来新能源汽车及储能项目的迅猛发展，其市场需求量也大幅提升。2021-2022年，国内上马了约500wt的石墨化负极产能，整个市场对后续的锂离子电池需求增长及现阶段人造石墨负极的技术及成本优势(暂未出现能替代人造石墨负极且生产成本更低的量产技术)相当乐观。

人造石墨负极材料，是以石油焦或沥青焦为原料(生焦或煅后焦)，经过破碎、造粒、碳化、石墨化、筛选等工序处理后获得的成品。

现状技术下，人造石墨负极材料用于石墨化的炉型主要包括艾奇逊坩埚炉、箱式炉及连续石墨化炉。其中，连续石墨化炉由于技术不成熟还未在市场上大量推广；坩埚炉具有石墨化温度高，产品石墨化度高的技术性能优势，一般用于3C产品的锂离子电池；箱式炉相比其它两种，具有电耗低、产量大的优势，但产品最终温度略低于坩埚炉，产品品质相比坩埚炉有所欠缺，一般用于动力电极及储能产品上。基于箱式炉的优缺点，在建及拟建石墨化负极产能上，箱式炉占比50-70％。

相对于传统坩埚炉，箱式炉在炉芯结构上有着完全不一样的设计，其箱体由石墨板或炭板拼装而成，箱内装填负极碳化粉。在石墨化送电升温过程中，随着温度的升高，箱体石墨板及炭板会发生热膨胀，炭板首次使用时还会发生气胀，同时箱体内的原料也因气体排除而导致内压升高。在以上这些作用下，整个箱体在轴向、水平及垂直方向上都会发生膨胀位移。此过程中，若膨胀带来的压力超出炉体结构强度即会发生炉体变形甚至崩塌，及附加发生的炉头缝隙引发空气进入，造成严重后果。其中以轴向膨胀在累计效应下最为剧烈：送电末期的膨胀能达到箱体长度的0.5-1.5％，此部分膨胀位移带来的压力通过端部引流缓冲区域的电阻料传递到炉头及炉尾上，极易导致炉头变形及因变形缝隙进入空气引发的内部高温炭材料剧烈氧化而喷炉。

喷炉和炉头墙挤压变形是目前行业内多家箱式炉面临的问题，研究后各家也采取了一些措施，主要集中在送电和箱体拼装方面，也取得一些成效，但相应地也带来了负面代价。比如延长送电曲线将带来单耗升高及产能降低，箱板拼装预留膨胀缝操作难度大且无法规避箱体内粉料的膨胀问题，炉头墙加固投入大且会导致炉内内应力大而导致箱板变形等。

因此，目前炉头墙变形和喷炉仍无法完全杜绝，时有发生。

发明内容

本申请的第一目的在于提供一种石墨块，该石墨块结构简单，容易制造。

本申请的第二目的在于提供一种石墨构件，该石墨构件由石墨块组成，能够通过自身楔形结构斜面导料作用，吸收及抑制石墨化过程中箱体的轴向膨胀位移，改善箱体膨胀对炉头的作用力，增加炉头耐用寿命及降低喷炉风险。

本申请的第三目的在于提供一种用石墨构件抑制负极石墨化箱式炉膨胀的方法，该方法操作简单，仅需通过将该石墨块在负极石墨化箱式炉装炉时安装在箱式炉两端均流缓冲区，就能够利用石墨块的楔形结构斜面导料作用，吸收及抑制石墨化过程中箱体的轴向膨胀位移，改善箱体膨胀对炉头的作用力，增加炉头耐用寿命及降低喷炉风险。

本申请的实施例是这样实现的：