石墨化炉和电池生产系统的制作方法

本技术涉及石墨加工，特别是涉及一种石墨化炉和电池生产系统。

背景技术：

1、碳质材料的碳原子为不规则排列，只有通过高温热处理，使碳原子发生再结晶，重新有序排列，才能呈现出石墨的晶体结构，从而具有石墨的许多优良性能，如导电性和导热性显著提高，化学和热稳定性更好，杂质减少，硬度降低，更易于机械加工等等。石墨化炉的功能就是使碳质材料转化为人造石墨材料，例如为钢铁冶炼、铝冶炼、负极材料、其它有色金属行业、核工业等提供优质碳元素的石墨材料。

2、传统的石墨化炉存在无法集中加热，产品一致性差的问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种石墨化炉和电池生产系统，能够提升产品的一致性。

2、第一方面，提供了一种石墨化炉，包括：炉体，设置有物料通道，该物料通道包括多个第一通道段和第二通道段，该多个第一通道段均与该第二通道段连通；多个第一电极和多个第二电极，该第一电极和该第二电极分别至少部分设置在该第一通道段内，该第一电极相对于该第二电极远离该第二通道段，该第一电极和该第二电极的极性相反；第三电极，该第三电极的至少部分设置在该第二通道段内，该第三电极和该第二电极的极性相反。

3、通过以上实施方式，第一电极和第二电极在多个第一通道段内形成加热区域，物料在物料通道中流动时会分别经过多个第一通道段内的加热区域；第二电极和第三电极在第二通道段中也会形成加热区域，由于第一通道段与第二通道段相连通，多个经过第一通道段中的加热区域加热后的物料会进入第二通道段，并经过第二通道段中的加热区域再次被加热；或者经过第二通道段的加热区域的物料分别进入多个第一通道段，在多个第一通道段中的加热区域再次被加热，这样，能够延长物料的加热路径和加热时间，提升加热的均匀性，从而能够提高使用石墨化炉获得的产品的一致性。

4、在第一方面一些可能的实施方式中，第一电极的第一表面和该第二电极的第二表面相对设置。

5、通过以上实施方式，能够使得第一表面与第二表面之间形成加热区，这样，通过合理设置第一电极和第二电极的位置，能够增大物料通过第一通道段时流经加热区的概率，从而使得流经第一表面和第二表面之间的各处物料的加热程度一致，提高产品的一致性。

6、在第一方面一些可能的实施方式中，该第一电极和该第二电极沿该第一通道段的延伸方向间隔设置，该第一表面和该第二表面沿该第一通道段的延伸方向相对设置。

7、以上实施方式，第一电极与第二电极在第一通道段的延伸方向间隔设置，并且第一电极的第一表面和第二电极的第二表面相对设置，能够使得加热区域分布在第一表面和第二表面之间，且能够提升物料在第一通道段中流动时通过加热区域的概率，使得流经第一通道段的物料的加热程度更加均匀，提高产品的一致性。

8、在第一方面一些可能的实施方式中，该第一电极为柱状电极，该第二电极为环状电极。

9、通过以上实施方式，第一电极和第二电极之间能够形成比较规则的伞形或锥台形电场，经过第一通道段的物料会沿柱状的第一电极的外表面与第一通道段的内表面之间形成的路径流动至第二电极处，并经过环状的第二电极的中空部分继续流动，这样能够使得物料经过第一电极和第二电极形成的加热区，且这样的流动路径也能够使物料在流动过程中混合的更加均匀，从而能够使物料受到更均匀的加热，提高产品的一致性。

10、在第一方面一些可能的实施方式中，该柱状电极的轴线与该环状电极的轴线平行于该第一通道段的延伸方向。

11、通过以上实施方式，能够增加物料在第一通道段中的流动路径和第一电极和第二电极之间形成的加热区重合的概率，从而使物料能够受到充分的加热，提升产品的一致性。

12、在第一方面一些可能的实施方式中，该第一电极的外径r1与该第二电极的内径r2满足：0.4≤r1/r2＜1；更进一步地满足：0.6≤r1/r2＜1。

13、通过以上实施方式，第一电极和第二电极之间能够形成范围较大的伞形或锥台形电场，且形成的加热区域能够围绕物料通道的整个周向设置，物料通过该加热区域能够受到充分的加热，进而能够提升产品的一致性。

14、在第一方面一些可能的实施方式中，该第二电极的外径r3与该第二电极的内径r2满足：1.2＜r3/r2＜8，更进一步地满足：1.4≤r3/r2≤2.5。

15、当r3/r2过大时，第二电极的外径r3可能较小而内径r2较大，此时第二电极的截面积可能处于极小值，此时形成的电场范围较小，加热区域范围也较小，难以满足对物料的加热需求，因此该比值不宜过大；而当r3/r2过小时，第二电极的外径r3可能较大而内径r2较小，此时尽管能够形成范围较大的电场，但第一通道段的尺寸也会相应增大，若随着第一通道段的尺寸增大，流经第一通道段的物料也相应的增加，则物料难以得到充分的加热，若物料不随着第一通道段的尺寸增大而增加，则会造成石墨化炉工作效率低；且由于流通路径尺寸大而物料少，一方面物料在第一通道段中分布不均匀，另一方面通过第一通道段的速度也会加快，因此难以得到充分加热，难以满足对物料的加热需求，故该比值也不宜过小。当第二电极的外径r3与该第二电极的内径r2满足：1.2＜r3/r2＜8，更进一步地满足：1.4≤r3/r2≤2.5时，能够兼顾对物料的充分加热需求和石墨化炉的工作效率。

16、在第一方面一些可能的实施方式中，该第三电极包括主体部和凸起部，该凸起部设置于该主体部的靠近该第一通道段的一端。

17、通过以上实施方式，能够增大第三电极与第二电极相对的表面的面积，从而增大第二电极和第三电极之间形成的电场范围，使物料能够得到更充分的加热，提升产品的一致性。

18、在第一方面一些可能的实施方式中，该凸起部包括至少一个第三表面，该第三表面与该第二电极相对。

19、通过以上实施方式，能够增大第三电极和第二电极之间形成的加热区域的范围，使流经物料通道的物料既能够在第一表面和第二表面之间受到加热，又能够在第三表面和第二电极进行加热，从而可以提高物料的石墨化程度。

20、在第一方面一些可能的实施方式中，该主体部为柱状，该凸起部为锥状。

21、通过以上实施方式，能增大第三电极与第二电极相对形成电场的表面的面积，同时有利于物料的顺利流动。

22、在第一方面一些可能的实施方式中，在该第二通道段的延伸方向上，该凸起部的顶点与该第二电极具有间隔。

23、通过以上实施方式，能够通过合理设置凸起部的顶点与第二电极230之间的距离来使得第三电极与第二电极之间形成的加热区域与物料的流动路径重合范围更大，从而有利于物料石墨化的均匀性，提升产品的一致性。

24、在第一方面一些可能的实施方式中，该多个第一通道段的最小截面积之和小于该第二通道段的最小截面积。

25、通过以上实施方式，使得经过多个第一通道段流入第二通道段的物料流量不会超过第二通道段，物料不易在第二通道段中发生堆积或堵塞；反之，能够使得经过第二通道段的物料分别进入多个第一通道段时，物料不易在第一通道段中发生堆积或堵塞；有利于物料的顺畅流动，从而能够提升物料的流动性，进而提升石墨化炉的生产效率。

26、在第一方面一些可能的实施方式中，该多个第一通道段沿该第二通道段的轴线对称设置。

27、通过以上实施方式，能够使得经由第一通道段流入第二通道段的物料在第二通道段中分布较为均匀，从而能够得到均匀的加热。

28、在第一方面一些可能的实施方式中，该第一通道段的延伸方向与该第二通道段的延伸方向形成的角度α满足：90°＜α≤180°。

29、由于物料主要在重力的作用下在物料通道中流动，因此，无论是先经过第一通道段还是先经过第二通道段，第一通道段和第二通道段的延伸方向的夹角都应大于九十度，否则物料难以流动，当石墨化炉仅包括一个第一通道段时，该角度可以为180°，因此，角度α的范围在90°＜α≤180°之内为宜。该角度的大小与物料的流速相关，物料流速过慢会导致石墨化炉的加热效率较低，而流速过快会导致加热时间不足，继而导致石墨化程度不足，可以通过设置第一通道段与第二通道段延伸方向之间的角度，来使得物料以合理的速度流经第一通道段，从而使物料的加热时间适中，提升产品的一致性。

30、在第一方面一些可能的实施方式中，该炉体内设置有内衬，该内衬围绕炉体的内壁设置，该内衬内部形成该物料通道。

31、通过以上实施方式，围绕炉体的内壁设置内衬，可以对炉体内的高温起到隔热保温效果；另外，内衬可以限制物料通道，增大物料通过加热区域的概率，提高产品的一致性。

32、在第一方面一些可能的实施方式中，该第三电极的主体部的外径r4与该内衬的内径r5满足：r5/r4＞1。

33、通过以上实施方式，由第三电极的外表面和内衬的内表面形成部分第二通道，有利于物料的顺畅流动。

34、在第一方面一些可能的实施方式中，该内衬包括沿该物料通道的径向由内向外依次设置的保温层、耐温层和框架层。

35、通过以上实施方式，能够对炉体的内部空间起到进一步保温效果，降低炉体内部的热量散失以及降低石墨化炉的能耗，从而进一步提升石墨化炉的使用寿命。

36、在第一方面一些可能的实施方式中，该保温层的导热系数为：0.2-0.5w/mk；和/或该保温层的颗粒度为10-30mm。

37、通过以上实施方式，保温层导热系数较低，能够降低石墨化炉的热量损失，从而能够提升能量利用率，颗粒度较大的材料能够起到更好的保温效果减少石墨化炉的热量散失。

38、在第一方面一些可能的实施方式中，该保温层由碳材料构成。

39、通过以上实施方式，使用耐高温性能优良且容易取得的碳材料制成保温层，可以起到良好的保温作用的同时降低石墨化炉的成本。

40、在第一方面一些可能的实施方式中，该保温层的导热系数低于该耐温层的导热系数。

41、通过以上实施方式，将保温层的导热系数设置成比耐温层的导热系数低，可以在提升保温效果的同时降低石墨化炉的成本。

42、在第一方面一些可能的实施方式中，该耐温层的导热系数为：0.5-5w/mk，和/或该耐温层耐温温度为1450-2000℃。

43、通过以上实施方式，可以在提升保温效果的同时还能够降低石墨化炉的制造成本。

44、在第一方面一些可能的实施方式中，该耐温层由钢结构件、陶瓷纤维制品、轻质耐火砖、浇筑料、重质耐火砖中的一种或多种构成。

45、在第一方面一些可能的实施方式中，该保温层的厚度d1和该耐温层的厚度d2满足：1.1＜d1/d2＜4，更进一步地满足：1.3≤d1/d2≤2。

46、通过以上实施方式，能够兼顾内衬的保温和耐温性能。

47、在第一方面一些可能的实施方式中，该第一电极、第二电极和第三电极为石墨电极。

48、在第一方面一些可能的实施方式中，该第一电极的电流密度为15-24a/cm2，和/或该第三电极的电流密度为15-24a/cm2。

49、在第一方面一些可能的实施方式中，该第一电极的电流负荷为30000a-60000a，和/或该第三电极的电流负荷为30000a-60000a。

50、在第一方面一些可能的实施方式中，该第一电极的电阻率小于8μωm，和/或该第三电极的电阻率小于8μωm。

51、第二方面，提供一种电池生产系统，电池生产系统包括上述第一方面或第一方面中任一实施例中的石墨化炉，该石墨化炉用于生产电池的负极石墨材料。

技术特征：

1.一种石墨化炉，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一电极(220)的第一表面(221)和所述第二电极(230)的第二表面(231)相对设置。

3.根据权利要求2所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一电极(220)和所述第二电极(230)沿所述第一通道段(2111)的延伸方向间隔设置，所述第一表面(221)和所述第二表面(231)沿所述第一通道段(2111)的延伸方向相对设置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一电极(220)为柱状电极，所述第二电极(230)为环状电极。

5.根据权利要求4所述的石墨化炉，其特征在于，所述柱状电极的轴线与所述环状电极的轴线平行于所述第一通道段(2111)的延伸方向。

6.根据权利要求4或5所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一电极(220)的外径r1与所述第二电极(230)的内径r2满足：0.4＜r1/r2＜1。

7.根据权利要求6所述的石墨化炉，其特征在于，0.6≤r1/r2≤1。

8.根据权利要求4至6中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述第二电极(230)的外径r3与所述第二电极(230)的内径r2满足：1.2＜r3/r2＜8。

9.根据权利要求7所述的石墨化炉，其特征在于，1.4≤r3/r2≤2.5。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述第三电极(240)包括主体部(241)和凸起部(242)，所述凸起部(242)设置于所述主体部(241)的靠近所述第一通道段(2111)的一端。

11.根据权利要求10所述的石墨化炉，其特征在于，所述凸起部(242)包括至少一个第三表面(243)，所述第三表面(243)与所述第二电极(230)相对。

12.根据权利要求10或11所述的石墨化炉，其特征在于，所述主体部(241)为柱状，所述凸起部(242)为锥状。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，在所述第二通道段(2112)的延伸方向上，所述凸起部(242)的顶点与所述第二电极(230)具有间隔。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述多个第一通道段(2111)的最小截面积之和小于所述第二通道段(2112)的最小截面积。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述多个第一通道段(2111)沿所述第二通道段(2112)的轴线对称设置。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一通道段(2111)的延伸方向与所述第二通道段(2112)的延伸方向形成的角度α满足：90°＜α≤180°。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述炉体(210)内设置有内衬(250)，所述内衬(250)围绕炉体(210)的内壁设置，所述内衬(250)内部形成所述物料通道(211)。

18.根据权利要求17所述的石墨化炉，其特征在于，所述第三电极(240)的主体部(241)的外径r4与所述内衬(250)的内径r5满足：r5/r4＞1。

19.根据权利要求17或18所述的石墨化炉，其特征在于，所述内衬(250)包括沿所述物料通道(211)的径向由内向外依次设置的保温层(251)、耐温层(252)和框架层(253)。

20.根据权利要求19所述的石墨化炉，其特征在于，所述保温层(251)的导热系数为：0.2-0.5w/mk；和/或所述保温层(251)的颗粒度为10-30mm。

21.根据权利要求19或20所述的石墨化炉，其特征在于，所述保温层(251)由碳材料构成。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述保温层(251)的导热系数低于所述耐温层(252)的导热系数。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述耐温层(252)的导热系数为：0.5-5w/mk，和/或所述耐温层(252)的耐温温度为1450-2000℃。

24.根据权利要求19至23中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述耐温层(252)由钢结构件、陶瓷纤维制品、轻质耐火砖、浇筑料、重质耐火砖中的一种或多种构成。

25.根据权利要求19至24中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述保温层的厚度d1和所述耐温层(252)的厚度d2满足：1.1＜d1/d2＜4。

26.根据权利要求25所述的石墨化炉，其特征在于，1.3≤d1/d2≤2。

27.根据权利要求1至26中任一项所述的石墨化炉，所述第一电极(220)、第二电极(230)和第三电极(240)为石墨电极。

28.根据权利要求1至27中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一电极(220)的电流负荷为30000a-60000a，和/或所述第三电极(240)的电流负荷为30000a-60000a。

29.根据权利要求1至28中任一项所述的石墨化炉，其特征在于，所述第一电极(220)的电阻率小于8μωm，和/或所述第三电极(240)的电阻率小于8μωm。

30.一种电池的生产系统，其特征在于，包括如权利要求1至29中任一项所述的石墨化炉，所述石墨化炉用于制备所述电池的负极材料。

技术总结
本申请实施例提供一种石墨化炉和电池生产系统。石墨化炉包括：炉体，设置有物料通道，物料通道包括多个第一通道段和第二通道段，多个第一通道段均与第二通道段连通；多个第一电极和多个第二电极，第一电极和第二电极分别至少部分设置在第一通道段内，第一电极相对于第二电极远离第二通道段，第一电极和第二电极的极性相反；第三电极，第三电极的至少部分设置在第二通道段内，第三电极和第二电极的极性相反。本申请实施例提供的石墨化炉和电池生产系统能够提升获得的产品的一致性。

技术研发人员：熊冬根,王啟明,王家政,申青渊
受保护的技术使用者：宁德烯铖科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23