中國粉體網訊  石墨負極材料分為人造石墨和天然石墨兩種。從負極市場出貨結構看，人造石墨市場占比逐步上升，占據大部分市場份額，天然石墨占比呈下降趨勢。兩種石墨負極材料的生產工藝存一定差異。天然石墨生產流程主要分為提純、改性、混合、碳化四大環(huán)節(jié)。人造石墨生產流程主要分為破碎、造粒、石墨化、篩分四大環(huán)節(jié)。人造石墨生產工藝復雜，石墨化是其中一個關鍵環(huán)節(jié)。

1、人造石墨生產關鍵環(huán)節(jié)——石墨化

石墨化是指非石墨質炭經高溫熱處理，轉變成具有石墨三維規(guī)則有序結構的石墨質炭。最初起源于碳素制品行業(yè)，是生產石墨電極的必備工序。石墨化作用是為了提高炭材料的熱、電傳導性，提高炭材料的抗熱震性和化學穩(wěn)定性，使炭材料具有潤滑性和抗磨性，提高炭材料純度。

使用高溫熱處理對原子重排及結構轉變提供能量，這一過程需要消耗大量能量。電力是石墨化生產消耗的主要能源，通常情況下，采用電加熱方式將半成品加熱至2800℃以上，電力耗費規(guī)模大、時間長。電費在石墨化成本中占比高達60%，石墨化成本在人造石墨負極制造成本中占55%。

人造石墨負極材料成本（資料來源：隆眾咨詢、華安證券研究所）

2、3種常用的負極石墨化爐設備

目前廣泛應用的負極石墨化爐包括艾奇遜負極石墨化爐、內熱串接石墨化爐、網格箱式石墨化爐等。

①艾奇遜負極石墨化爐

艾奇遜石墨化爐使用歷史悠久，是目前最為成熟、應用最為廣泛的石墨化爐，其主要優(yōu)點包括結構簡單、堅固耐用、容易維修等，但是缺點是熱損失大，能量有效利用率僅30%左右，單位電耗達4000-4800kWh/t，且需要大量的冶金焦作為電阻料，污染比較嚴重。

艾奇遜爐坩堝裝出爐操作

在傳統(tǒng)電極艾奇遜爐石墨化爐基礎上的改進爐型，在原爐內裝入石墨坩堝作為負極材料的載體（坩堝內裝入碳化后的負極原料），爐芯內填充發(fā)熱電阻料，外層采用保溫料和爐墻保溫。通電后主要依靠電阻料發(fā)熱產生2800～3000℃的高溫，間接加熱坩堝內的負極材料，最終達到負極材料的高溫石墨化。

②內熱串接石墨化爐

該爐型借鑒用于石墨電極生產的串接石墨化爐，縱向串聯數根電極坩堝(內裝負極材料)，電極坩堝既是載體也是發(fā)熱體，電流通過電極坩堝產生高溫，直接加熱內部負極材料。石墨化過程不使用電阻料，簡化了裝出爐工藝操作，同時減少了電阻料的蓄熱損失，節(jié)省了電耗。

內熱串接爐示意圖

③網格箱式石墨化爐

該爐型近年來的應用日益增多，主要是吸取了傳統(tǒng)艾奇遜石墨化爐和串接石墨化爐的技術特點，爐芯采用多塊陽極板組成網格式的料箱結構，料箱內裝入負極原料，陽極板間通過四面開槽的連接柱固定，每個料箱的上、下面采用同材質的陽極板密封。組成料箱結構的立柱和陽極板共同構成發(fā)熱體，電流經爐頭電極送入爐芯發(fā)熱體，產生的高溫直接加熱箱內負極材料，達到石墨化的目的。

箱式石墨化爐示意圖

3、負極材料石墨化爐對比

內熱串接石墨化爐是靠中空的石墨電極發(fā)熱來直接加熱物料，電流通過電極坩堝產生的“焦耳熱”大部分用于加熱物料和坩堝，加熱速度快，溫度分布均勻，熱效率相比采用電阻料發(fā)熱的傳統(tǒng)艾奇遜爐更高。網格箱式石墨化爐借鑒了內熱串接石墨化爐的優(yōu)點，采用了造價更低的預焙陽極板作為發(fā)熱體，裝爐量相比串接爐更大，單位產品電耗也相應降低。

3類負極石墨化爐對比（資料來源：CNKI，華安證券研究所）

小結

出于降低能耗以及控制成本角度，目前負極石墨化領域逐漸轉向新技術。為了應對國內越來越嚴厲的能耗政策以及不斷上升的成本壓力，負極企業(yè)逐步探索了新的石墨化技術，主要趨勢有兩種，一種就是在艾奇遜爐基礎上進行改進的箱式爐，另外一種是連續(xù)石墨化爐。隨著爐型的不斷升級改進，負極石墨化領域也在日益革新，也必將推動負極材料產業(yè)快速發(fā)展。

參考來源：

[1]呂博等.鋰電池負極石墨化爐技術現狀與發(fā)展方向

[2]石墨化供需偏緊，一體化布局企業(yè)顯競爭優(yōu)勢.東莞證券

[3]石墨化缺口仍在，工藝迭代及一體化布局重塑負極格局.華安證券

（中國粉體網編輯整理/文正）

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