锂电池定制16年-动力锂电池系统解决方案商

 

石墨是包括高压锂电池在内的商用锂离子电池中使用的主要负极材料，在未来一段时间内仍将是主要负极材料。本文将向您介绍什么是石墨电极，如何制造、应用和行业现状分析。

石墨电极产业链

石墨电极也可称为人造石墨电极，是指以石油焦、针状焦为原料，以煤沥青为粘结剂，经煅烧原料、粉碎磨粉、配料、混合、成型、焙烧、浸渍、石墨化和机械加工而制成的耐高温石墨导电材料。

利用石墨电极优异的物理化学性能生产石墨电极的主要品种碳制品工业已成为当代原材料工业的重要组成部分。

产业链上游主要是石油焦、针状焦等原材料供应商和生产设备供应商。原材料在石墨电极生产成本中占很大比例，占比超过65%。中游为石墨电极生产企业，下游为电炉炼钢、电炉冶炼硅、电炉冶炼黄磷等领域。

 

 

石墨电极指数

衡量石墨电极质量的主要指标是电阻率、体积密度、机械强度、热膨胀系数、弹性模量等。石墨电极在使用中的抗氧化性和抗热震性与上述几个指标有关，加工产品的精度和连接的可靠性也是一个重要的测试项目。

● 电阻率

它是导体通过时对电流的电阻。它在数值上等于长度为1米、横截面积为1平方米的导体在给定温度下的电阻，从而减少了使用中的消耗。通常采用压降法测量，电阻率大小可以测量石墨电极的石墨化程度，石墨电极的电阻率越低，导热系数越高，抗氧化性越好。

● 体积密度

增加堆积密度有利于降低孔隙率、提高机械强度和抗氧化性。然而，如果堆积密度过大，则抗热震性将降低。因此，应该采取其他措施来弥补这一不足。例如提高石墨化温度以提高电极的热导率，以及使用针状焦作为原料以降低成品的热膨胀系数。

● 机械强度

石墨电极的机械强度分为压缩强度、弯曲强度和拉伸强度三种，主要测定弯曲强度，弯曲强度是石墨电极在使用中与断裂相关的性能指标。在电炉中，当电极与非导电物体接触时，或由于碰撞塌陷、强烈振动等原因，石墨电极往往存在断裂的风险，弯曲强度高的石墨电极不易断裂。

● 弹性模量

弹性模量是力学性能的一个重要方面。是衡量材料弹性变形能力的指标，是指弹性变形范围内的应力应变比。弹性模量越大，产生所需应力的弹性变形越大，脆性材料的弹性模量就越大，柔性材料的弹性模数就越小。

● 热膨胀系数

石墨作为电极热膨胀的影响系数是非常重要的热性能参数，数值越低，说明我国产品的热稳定性越来越强，抗氧化性越高，使用性能能反映出破损越少，消耗越低。

 

 

石墨电极的质量取决于原料性能、工艺技术、管理和生产设备，其中原料性能是首要条件。普通功率石墨电极，采用普通级石油焦生产，其物理力学性能较低，如电阻率高、线膨胀系数大、抗热震性差，因此允许的电流密度较低。

高功率石墨电极采用优质石油焦（或低品位针状焦）生产，其物理力学性能高于普通功率石墨电极，允许更大的电流密度。超高功率石墨电极必须使用高级针状焦生产。大功率和超高功率石墨电极的接合质量尤为重要。接头坯料不仅电阻率和线膨胀系数小于电极体，而且接头坯料还应具有更高的抗拉强度和导热性。为了提高电极连接的可靠性，连接器应配备连接器螺栓。

 

石墨电极生产特点

生产石墨电极的主要原料是石油焦（包括针状焦）。在普通功率石墨电极的生产中，可以加入少量的沥青焦。粘合剂为煤沥青。

（1） 生产过程多，生产周期长。普通功率石墨电极的生产周期约为45天，超高功率石墨电极生产周期超过70天。需要多次浸渍的接头具有更长的生产周期。

（2） 能耗高，1t普通功率石墨电极需要消耗约6000kW•h功率，燃气或天然气数千立方米，冶金焦颗粒和冶金焦粉（二次能源）约1t。

（3） 石墨电极的生产工艺，需要大量的专用机械设备和特殊结构的窑炉，建设投资大，投资回收期长。

（4） 石墨电极生产过程中会产生一定量的粉尘和有害气体，因此有必要采取良好的通风除尘和消除有害气体的环保措施。

 

石墨电极生产工艺

石墨电极的生产工艺如图所示，主要生产工艺如下：

（1） 煅烧

石油焦或沥青焦需要煅烧，煅烧温度应达到1300℃，以充分去除原料中的挥发性物质，提高焦炭的真实密度和电导率。

（2） 粉碎、筛选和配料

煅烧后的原料被破碎并过筛成指定尺寸的骨料颗粒，部分原料被研磨成细粉末。根据公式称重后，将各种颗粒的混合物组装起来。

（3） 揉捏

在加热状态下，将各种颗粒的定量混合物和定量粘合剂混合并捏成塑料糊。

（4） 形状

在外部压力（模塑成型或挤出成型）或振动（振动成型）的作用下，浆料被压制成一定的形状和更高密度的坯料。

（5） 烘烤

将坯料放入专门设计的高温炉中，在坯料上覆盖填充材料（焦粉或河砂），并将温度逐渐提高到900~1100℃左右，使粘结剂碳化，从而获得烘焙产品。

（6） 浸泡

为了提高产品的堆积密度和机械强度，将焙烧后的产品装载到汽车上，并将液体浸渍剂压入焙烧后产品的孔隙中。浸渍后，应再次烘烤。为了获得高密度、高强度的接头坯料，需要重复浸渍2～3次。

（7） 图形化

将煅烧后的产品装入石墨化炉（覆盖绝缘材料），采用直接通电加热的方法。通过将煅烧产物转化为油墨晶体结构，获得了人造石墨电极的物理和化学性能。

（8） 机械加工

根据使用要求，石墨化坯料经过表面车削、端面加工和螺纹孔加工后进行连接，再进行连接接头加工。

（9） 成品检验合格后进行包装。

 

石墨电极行业现状

目前，我国石墨电极企业主要分布在华北、华中、华东、东北、西北等地区。华北地区是中国石墨电极产能最集中的地区，占中国产能的29.5%，主要集中在中小企业；东北地区占中国生产能力的22%。然后是西北地区，该地区的产能占中国的14%。另一个是华中，华东。参与者主要是私营企业，中国约占全球石墨电极产量的50%。

石墨电极是一个高能耗、高排放的行业，在双高限值的背景下，其未来的生产扩张可能会受到限制。生产一吨石墨电极需要1.69吨标准煤。按照1吨标准煤2.66吨二氧化碳的换算方法，每吨石墨电极的碳排放量为4.48吨，因此未来扩产可能受到限制我国主流石墨电极生产企业有方大炭素、吉林炭素、开封炭素、辽宁丹炭素、南通炭素等，作为我国石墨电极行业的领军企业，方大碳素在国内石墨电极市场占有率超过20%，石墨电极产能居世界第三。

在超高功率石墨电极市场，由于超高功率的石墨电极技术要求较高，行业内具备相应技术实力的龙头企业通过释放产能，占据超高功率产品80%以上的市场份额。中游的大型石墨电极公司对下游炼钢行业有很强的议价能力，要求下游客户在不提供账期的情况下付款发货。

石墨电极市场的供应端预计仍将继续萎缩。一方面，成本高，需求不好，石墨电极企业生产积极性不足。为了避免库存积累，有计划减少生产或暂停生产压力型和其他工艺。另一方面，目前负极材料市场仍表现良好，负极及其加工环节利润可观，部分石墨电极厂家吸引利润，转而进行负极或正极加工。如果你想了解更多，可以从锂离子电池负极材料公司和负极材料制造商的文章中获得相关信息。