石墨负极材料作为锂离子电池的关键材料，当前仍是负极材料的市场主流。其制备过程中，人造石墨负极材料的石墨化工艺是影响负极材料质量的关键点也是技术难点，对负极材料的指标和成本影响最大，国内石墨化设备种类多、能耗大、污染重、自动化程度低，一定程度上限制了石墨负极材料的发展，是目前负极材料生产过程中亟待解决的主要问题。

石墨化工艺原理

石墨化过程是充分利用电阻热把炭质材料加热到2300~3000℃，使无定形乱层结构的炭转化成有序的石墨晶质结构的过程。石墨晶质结构的转化、原子重排的能量来源于高温热处理，随着热处理温度的提高，石墨层间距逐渐变小，一般在0.343~0.346nm之间，一般温度到2500℃时变化显著，到3000℃时变化逐渐缓慢，直至完成整个石墨化过程。

人造石墨负极材料正是通过石墨化高温处理，将炭结构成功转化为石墨结构而具备了锂电池负极的相应功能。

石墨化过程结构变化

扩展阅读：

石墨负极材料的分类及主流制备工艺

负极材料石墨化主流炉型及工艺

目前负极材料石墨化过程采用的炉型主要有艾奇逊石墨化炉、内串石墨化炉、箱式石墨化炉及连续式石墨化炉等4种，其中使用最为普遍的是艾奇逊石墨化炉，少量使用内串石墨化炉。

四种石墨化工艺设备

因各种炉型的装炉方式和生产工艺、辅料使用等方面均具有较大差别，所以不同炉型所生产的负极材料质量也存在明显差异。

1.艾奇逊石墨化炉

艾奇逊炉属于直接加热式电炉，直接加热式炉就是制品本身是导电体，通过电阻加热，从而使制品完成石墨化。将炭质负极材料装在单孔（1孔坩埚）坩埚内，再将坩埚装入石墨化炉内并间装电阻料作电阻，两侧电极通电后由于电阻的作用发热升温，使炭质材料经高温热处理完成石墨化。

但艾奇逊石墨化炉的本身能耗较高，只有30%的电能被用于制品石墨化，并且还伴随着有害气体的排放，需要昂贵的配套环保设施。石墨化过程消耗大量的辅料，有较高的成本压力。

艾奇逊炉

2.内串石墨化炉

内串式石墨化炉是内热式串接石墨化炉，分为卧式内串和立体内串，串联数根电极坩埚（内装负极材料），电极坩埚既是载体也是发热体，电流通过电极坩埚产生高温，直接加热内部负极材料。内串式石墨化工艺与艾奇逊石墨化工艺的主要区别是产品加热直接通过电极本身，而不需要电阻材料发热，这也是内串式石墨化工艺较艾奇逊石墨化工艺改进的主要特点。

由于内串式石墨化工艺没有填充料，因而可以减少热量的带出，即可减少热量带出10%，降低电耗20%~35%，但内串式石墨化也有一定的缺点，如炉温不及艾奇逊石墨化炉高。

内串石墨化炉

3.箱式石墨化炉

箱体石墨化炉主要由艾奇逊石墨化炉改进而来，将炭质负材料直接装入事先用炭板或石墨板安装好的大箱体内，再加上炭质或石墨质盖板作为电阻，上部和两侧装入保温料后通过送电完成石墨化。

这种在炉内设置炭板箱体的方式，相当于坩埚尺寸放大，利用箱体及物料发热，可以大幅降低能耗，提高产能。目前箱体石墨化发展较快，技术也进一步成熟，工序可实现自动化，市场上已有部分新建。

箱式炉与传统石墨绀蜗装料方式对比

4.连续石墨化炉

连续石墨化炉其实不是一种特定的石墨化工艺炉，现有的连续石墨化炉有多种形式。所谓连续石墨化工艺是相对于间歇式石墨化工艺来讲的，一般是指生产中没有断电的过程，石墨化的产品需要经过一系列的温区，从而实现连续石墨化。这是近年来发展的一种新技术，采用电阻或感应加热，最高温度可达3000℃以上，可实现高温下连续式进料和出料，减少了能源消耗，缩短生产周期，现场作业环境良好。

目前连续式石墨化炉均为新建且仍在偿试过程中，其炉型和工艺均不完全成熟，真正广泛使用还有待时日。

综上所述，4种石墨化炉的主要优缺点、能耗及产品性能对比如下：

不同石墨化炉型优缺点的对比

不同石墨化炉工艺单耗及产品性能情况

总结

石墨化工序是困扰锂电池负极材料生产企业的最大难题，根本原因是目前广泛采用的几种周期性石墨化炉在电耗、成本、环保、自动化程度、安全性等方面还存在问题。未来行业的趋势是向着全自动化有组织排放连续性生产的炉型结构发展，并配套成熟可靠的附属工艺设施。届时困扰企业的石墨化难题将会显著改善，行业将进入稳定发展期，助推新能源相关产业快速发展。

参考来源：

1.负极材料石墨化主流工艺及技术要点，高风扬、王利儒（炭素技术）；

2.石墨化方式对锂离子电池人造石墨负极材料性能的影响，乔永民、徐卿卿、吴仙斌、胡彬、胡建华（炭素技术）；

3.锂电池负极石墨化炉技术现状与发展方向，吕博、周春刚（轻金属）。

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