石墨&硅碳负极生产工艺流程详解

一、石墨负极生产工艺流程

产品质量标准及理化特性

锂离子电池负极材料产品质量需符合《锂离子电池石墨类负极材料》

（GB/T24533-2019）的要求，具体见表

锂离子电池石墨类负极材料产品指标(GB/T24533-2019)

石墨化后的产品指标具体见表

主要设备

原料预处理主要设备一览表

粉碎 设备一览表

包覆造粒 设备一览表

低温炭化 设备一览表

石墨化工序（坩埚炉） 设备一览表

石墨化工序（箱式炉） 设备一览表

高温炭化工序 设备一览表

成品处理工序 设备一览表

 原辅材料及资源能源消耗量

天然气消耗一览表

工艺流程及产污环节

一、1 万吨全流程负极材料工艺流程

（1）原辅料入厂及暂存

固体改质沥青（粒径 0~4mm）、生石油焦、煅后石油焦等原辅料均为固态，粒径 0~2cm，汽运入厂后，生石油焦、煅后石油焦储存于全封闭的原料预处理车间内待用，固体改质沥青储存于全封闭的粉碎车间内待用。

（2）原料预处理工段

原料预处理设置 1 条生产线，同一时间只能处理一种原料，根据生产规划和需要对生石油焦、煅后石油焦分别进行处理，原料预处理工段依次经过板式给料机、电磁除铁、反击式破碎机、颚式破碎机、无网锤式破碎、筛分、干燥等环节处理，最终将原料处理成粒径为 0~0.5cm 左右的物料，采用斗提送各自筒仓暂存待用。干燥热源为厂区内设置的 1 台 10t/h 的余热锅炉供热。

（3）粉碎工段

固体改质沥青采用装载机送沥青机械磨进行磨粉，将沥青处理成粒径D 50 =5~8 微米的物料，斗提送沥青粉料筒仓暂存待用。煅后石油焦从原料预处理粉料筒仓采用管道输送方式，依次经过辊压磨、整形机处理后，处理成粒径为 D 50 =8~10 微米左右的物料，采用斗提送其自筒仓暂存待用。

生石油焦从原料预处理粉料筒仓采用管道输送方式，依次经过 500 粉碎机、260 粉碎机处理后，处理成粒径为 D 50 =8~10 微米左右的物料，采用斗提送其自筒仓暂存待用。

（4）包覆、造粒工段

① 以生石油焦为主要原料时

固体改质沥青、生石油焦从各自筒仓采用管道输送至螺带混合机进行混合，混合后送立式高温釜进行包覆，温度 650℃，包覆完成后进入立式冷却釜进行冷却，冷却后经管式破碎机、筛分、解聚后送碳化工序。

② 以煅后石油焦为主要原料时

固体改质沥青、煅后石油焦从各自筒仓采用管道输送至螺带混合机进行混合，混合后送立式高温釜进行包覆，温度 650℃，包覆完成后进入立式冷却釜进行冷却，冷却后经管式破碎机、筛分、解聚后送碳化工序。

（5）低温碳化工段

包覆完毕的物料装入坩埚（碳化硅），送隧道窑进行碳化，隧道窑温度 1000℃，采用天然气加热，天然气来源于园区天然气管网。

（6）石墨化工段

碳化后的物料装入坩埚内送艾奇逊炉内进行石墨化，石墨化温度 3000℃，采用电能加热。

（7）成品处理工段

石墨化后的物料经管式破碎机、筛分机、电磁除铁成为产品，经包装（吨袋）后存放至成品处理车间成品储存区待售。

二、2.5 万吨二次碳化石墨化负极材料工艺流程

（1）原料入场

外购的完成二次包覆的物料汽车运输入厂后，储存于全封闭的原料预处理车间内待用。

（2）二次碳化

将外购的完成二次包覆的物料装入坩埚（碳化硅），送隧道窑进行碳化，隧道窑温度 1000℃，采用天然气加热，天然气来源于园区天然气管网。

（3）二次石墨化

碳化后的物料装入坩埚内送艾奇逊炉内进行石墨化，石墨化温度 3000℃，采用电能加热。

（4）成品处理工段

石墨化后的物料经管式破碎机、筛分机、电磁除铁成为产品，经包装（吨袋）后存放至成品处理车间内的成品储存区待售。

二期工艺流程

（1）原辅料入厂及暂存

固体改质沥青（粒径 0~4mm）、生石油焦、煅后石油焦、煅后针状焦、生针状焦等原辅料均为固态，粒径 0~2cm，汽运入厂后，生石油焦、煅后石油焦、煅后针状焦、生针状焦储存于全封闭的原料预处理车间内待用，固体改质沥青储存于全封闭的粉碎车间内的原料储存区待用。

（2）原料预处理工段

二期工程不新建原料预处理生产线，利用一期工程的原料预处理生产线进行处理，同一时间只能处理一种原料，根据生产规划和需要对生石油焦、煅后石油焦、煅后针状焦、生针状焦分别进行处理，原料预处理工段依次经过板式给料机、电磁除铁、反击式破碎机、颚式破碎机、无网锤式破碎、筛分、干燥等环节处理，最终将原料处理成粒径为小于 0~0.5cm 的物料，采用斗提送各自筒仓暂存待用。干燥热源为厂区内设置的 1 台 10t/h 的余热锅炉供热。

（2）粉碎工段

固体改质沥青采用装载机或抓包送沥青机械磨进行磨粉，将沥青处理成粒径D 50 =5~8 微米的物料，斗提送沥青粉料筒仓暂存待用。煅后石油焦、针状焦、煅后针状焦从原料预处理粉料筒仓采用管道输送方式，依次经过辊压磨、整形机处理后，处理成粒径为 D 50 =8~10 微米的物料，采用斗提送各自筒仓暂存待用。生石油焦从原料预处理粉料筒仓采用管道输送方式，依次经过 500 粉碎机、260 粉碎机处理后，处理成粒径为 D 50 =8~10 微米的物料，采用斗提送其自筒仓暂存待用。

（3）包覆、造粒工段

① 以生石油焦为主要原料时

固体改质沥青、生石油焦从各自筒仓采用管道输送至螺带混合机进行混合，混合后送立式高温釜进行包覆，温度 650℃，包覆完成后进入立式冷却釜进行冷却，冷却后经管式破碎机、筛分、解聚后送碳化工序。

② 以煅后石油焦为主要原料时

固体改质沥青、煅后石油焦从各自筒仓采用管道输送至螺带混合机进行混合，混合后送立式高温釜进行包覆，温度 650℃，包覆完成后进入立式冷却釜进行冷却，冷却后经管式破碎机、筛分、解聚后送碳化工序。

③ 以煅后针状焦为主要原料时

固体改质沥青、煅后针状焦从各自筒仓采用管道输送至螺带混合机进行混合，混合后送立式高温釜进行包覆，温度 650℃，包覆完成后进入立式冷却釜进行冷却，冷却后经管式破碎机、筛分、解聚后送碳化工序。

④ 以生针状焦为主要原料时

固体改质沥青、生针状焦从各自筒仓采用管道输送至螺带混合机进行混合，混合后送立式高温釜进行包覆，温度 650℃，包覆完成后进入立式冷却釜进行冷却，冷却后经管式破碎机、筛分、解聚后送碳化工序。

（4）低温碳化工段

包覆完毕的物料装入坩埚（碳化硅），送隧道窑进行碳化，隧道窑温度 1000℃，采用天然气加热，天然气来源于园区天然气管网。

（5）石墨化工段

碳化后的物料装入坩埚内送艾奇逊炉内进行石墨化，石墨化温度 3000℃，采用电能加热。当生产储能、动力用负极材料时，石墨化完毕后物料进入成品处理工段处理；当生产 3C 负极材料时，石墨化完毕后的物料进入二次包覆、造粒、高温碳化工段处理。

（6）二次包覆、造粒、高温碳化工段

当生产 3C 负极材料时，一次石墨化后的物料与高温沥青粉一并进入螺带混合机，混合均匀后装入坩埚（碳化硅），送立式高温釜进行包覆，温度 650℃，包覆后的物料经管式破碎机、筛分、解聚后，状坩埚送高温碳化（辊道窑）进行碳化，碳化温度 1200℃，高温碳化完毕送成品处理工段处理。

（7）成品处理工段

进入本工段的物料经管式破碎机、筛分机、电磁除铁成为产品，经包装（吨袋）后存放至成品处理车间内待售。

三期工艺流程

（1）原辅料入厂及暂存

固体改质沥青（粒径 0~4mm）、生石油焦、煅后石油焦、煅后针状焦、生针状焦等原辅料均为固态，粒径 0~2cm，汽运入厂后，生石油焦、煅后石油焦、煅后针状焦、生针状焦储存于全封闭的原料预处理车间内待用，固体改质沥青储存于全封闭的粉碎车间内的原料储存区待用。

（2）原料预处理工段

三期工程对一期工程的原料预处理生产线进行改造，增加板式给料机、无网锤式破碎机、筛分机，使其原料预处理能力满足三期工程需求，生产机制不变，同一时间只能处理一种原料，根据生产规划和需要对生石油焦、煅后石油焦、煅后针状焦、生针状焦分别进行处理，原料预处理工段依次经过板式给料机、电磁除铁、反击式破碎机、颚式破碎机、无网锤式破碎、筛分、干燥等环节处理，最终将原料处理成粒径为小于 0~0.5cm 的物料，采用斗提送各自筒仓暂存待用。干燥热源为厂区内设置的 1 台 10t/h 的余热锅炉供热。

（2）粉碎工段

固体改质沥青采用装载机送沥青机械磨进行磨粉，将沥青处理成粒径D 50 =5~8 微米的物料，斗提送沥青粉料筒仓暂存待用。煅后石油焦、针状焦、煅后针状焦从原料预处理粉料筒仓采用管道输送方式，依次经过辊压磨、整形机处理后，处理成粒径为 D 50 =8~10 微米的物料，采用斗提送各自筒仓暂存待用。生石油焦从原料预处理粉料筒仓采用管道输送方式，依次经过 500 粉碎机、260 粉碎机处理后，处理成粒径为 D 50 =8~10 微米的物料，采用斗提送其自筒仓暂存待用。

（3）包覆、造粒工段

① 以生石油焦为主要原料时

固体改质沥青、生石油焦从各自筒仓采用管道输送至螺带混合机进行混合，混合后送立式高温釜进行包覆，温度 650℃，包覆完成后进入立式冷却釜进行冷却，冷却后经管式破碎机、筛分、解聚后送碳化工序。

② 以煅后石油焦为主要原料时

固体改质沥青、煅后石油焦从各自筒仓采用管道输送至螺带混合机进行混合，混合后送立式高温釜进行包覆，温度 650℃，包覆完成后进入立式冷却釜进行冷却，冷却后经管式破碎机、筛分、解聚后送碳化工序。

③ 以煅后针状焦为主要原料时

固体改质沥青、煅后针状焦从各自筒仓采用管道输送至螺带混合机进行混合，混合后送立式高温釜进行包覆，温度 650℃，包覆完成后进入立式冷却釜进行冷却，冷却后经管式破碎机、筛分、解聚后送碳化工序。

④ 以生针状焦为主要原料时

固体改质沥青、生针状焦从各自筒仓采用管道输送至螺带混合机进行混合，混合后送立式高温釜进行包覆，温度 650℃，包覆完成后进入立式冷却釜进行冷却，冷却后经管式破碎机、筛分、解聚后送碳化工序。

（4）低温碳化工段

包覆完毕的物料装入坩埚（碳化硅），送隧道窑进行碳化，隧道窑温度 1000℃，采用天然气加热，天然气来源于园区天然气管网。

（5）石墨化工段

碳化后的物料装入坩埚内送艾奇逊炉内进行石墨化，石墨化温度 650℃，采用电能加热。当生产储能、动力用负极材料时，石墨化完毕后物料进入成品处理工段处理；当生产 3C 负极材料时，石墨化完毕后的物料进入二次包覆、造粒、高温碳化、二次石墨化工段处理。

（6）二次包覆、造粒、高温碳化、二次石墨化工段

当生产 3C 负极材料时，一次石墨化后的物料与高温沥青粉一并进入螺带混合机，混合均匀后装入坩埚（碳化硅），送立式高温釜进行包覆，温度 650℃，包覆后的物料经管式破碎机、筛分、解聚后，状坩埚送高温碳化（辊道窑）进行碳化，碳化温度 650℃，高温碳化完毕送二次石墨化工段进行石墨化，二次石墨化温度 650℃，石墨化完毕后送成品处理工段处理。

（7）成品处理工段

进入本工段的物料经管式破碎机、筛分机、电磁除铁成为产品，经包装（吨袋）后存放至成品处理车间成品区待售。

物料平衡核算

二、硅碳负极生产工艺流程

（1）气相沉积

多孔碳材料粉末经人工投料入加料仓，加料仓经正压输送粉末加入气相沉积炉中，置换空气，通入硅烷/氮气混合气体，在高温（400-550℃）作用下，气体热解将硅沉积在碳材料上，一段时间（4h）后停止充入硅烷。再将温度升至 550-700℃，充入乙炔/氮气混合气体，气体热解将碳沉积在硅/碳材料上，持续时间 4h 。该过程涉及的反应：

SiH 4 =Si↓+2H 2 ，C 2 H 2 =2C↓+H 2 

气相沉积过程主要工艺废气 G2 含有氢气、未发生反应的硅烷、乙炔，以及气流带出的颗粒物 G1，尾气先通入进行热氧化+水喷淋处理，再通入焚烧炉进一步燃烧。

（2）筛分除磁

反应结束后的负极材料人工转移倒入筛分机内进行筛分，筛上物直接作为固废，再将筛下物进入除磁设备中，除磁设备将物料中的磁性颗粒去除，去除的磁性物质直接作为固废，剩余的物料为产品。此工序主要污染物为颗粒物 G1-2、S1 废磁力材料。

（3）包装

筛分除磁后打开出料阀门，随后人工将负极材料输送到自动化的真空包装机内包装，负极材料会在密闭的包装机内完成装袋并封口，全过程密闭，产生逸散粉尘 G1-3经布袋除尘器收集处理后无组织排放，包装后的产品储存至仓库外售。

 物料平衡

硅碳负极生多孔碳使用量为 19t/a，硅烷使用量为 21t/a，反应转化率达到 91%；乙炔使用量为 6300 m 3 ，密度为 0.62kg/m 3 ，折算质量为 3.906t/a，反应转化率达到 15%。

 硅碳负极反应方程式

硅碳负极生产工艺流程图

硅碳负极主要生产设备

硅碳负极主要原辅料