石墨是包括高壓鋰電池在內(nèi)的商用鋰離子電池中使用的主要負(fù)極材料，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍將是主要負(fù)極材料。本文將向您介紹什么是石墨電極，如何制造、應(yīng)用和行業(yè)現(xiàn)狀分析。

石墨電極產(chǎn)業(yè)鏈

石墨電極也可稱(chēng)為人造石墨電極，是指以石油焦、針狀焦為原料，以煤瀝青為粘結(jié)劑，經(jīng)煅燒原料、粉碎磨粉、配料、混合、成型、焙燒、浸漬、石墨化和機(jī)械加工而制成的耐高溫石墨導(dǎo)電材料。

利用石墨電極優(yōu)異的物理化學(xué)性能生產(chǎn)石墨電極的主要品種碳制品工業(yè)已成為當(dāng)代原材料工業(yè)的重要組成部分。

產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是石油焦、針狀焦等原材料供應(yīng)商和生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)商。原材料在石墨電極生產(chǎn)成本中占很大比例，占比超過(guò)65%。中游為石墨電極生產(chǎn)企業(yè)，下游為電爐煉鋼、電爐冶煉硅、電爐冶煉黃磷等領(lǐng)域。

 

 

石墨電極指數(shù)

衡量石墨電極質(zhì)量的主要指標(biāo)是電阻率、體積密度、機(jī)械強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、彈性模量等。石墨電極在使用中的抗氧化性和抗熱震性與上述幾個(gè)指標(biāo)有關(guān)，加工產(chǎn)品的精度和連接的可靠性也是一個(gè)重要的測(cè)試項(xiàng)目。

● 電阻率

它是導(dǎo)體通過(guò)時(shí)對(duì)電流的電阻。它在數(shù)值上等于長(zhǎng)度為1米、橫截面積為1平方米的導(dǎo)體在給定溫度下的電阻，從而減少了使用中的消耗。通常采用壓降法測(cè)量，電阻率大小可以測(cè)量石墨電極的石墨化程度，石墨電極的電阻率越低，導(dǎo)熱系數(shù)越高，抗氧化性越好。

● 體積密度

增加堆積密度有利于降低孔隙率、提高機(jī)械強(qiáng)度和抗氧化性。然而，如果堆積密度過(guò)大，則抗熱震性將降低。因此，應(yīng)該采取其他措施來(lái)彌補(bǔ)這一不足。例如提高石墨化溫度以提高電極的熱導(dǎo)率，以及使用針狀焦作為原料以降低成品的熱膨脹系數(shù)。

● 機(jī)械強(qiáng)度

石墨電極的機(jī)械強(qiáng)度分為壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度三種，主要測(cè)定彎曲強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度是石墨電極在使用中與斷裂相關(guān)的性能指標(biāo)。在電爐中，當(dāng)電極與非導(dǎo)電物體接觸時(shí)，或由于碰撞塌陷、強(qiáng)烈振動(dòng)等原因，石墨電極往往存在斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，彎曲強(qiáng)度高的石墨電極不易斷裂。

● 彈性模量

彈性模量是力學(xué)性能的一個(gè)重要方面。是衡量材料彈性變形能力的指標(biāo)，是指彈性變形范圍內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變比。彈性模量越大，產(chǎn)生所需應(yīng)力的彈性變形越大，脆性材料的彈性模量就越大，柔性材料的彈性模數(shù)就越小。

● 熱膨脹系數(shù)

石墨作為電極熱膨脹的影響系數(shù)是非常重要的熱性能參數(shù)，數(shù)值越低，說(shuō)明我國(guó)產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性越來(lái)越強(qiáng)，抗氧化性越高，使用性能能反映出破損越少，消耗越低。

 

 

石墨電極的質(zhì)量取決于原料性能、工藝技術(shù)、管理和生產(chǎn)設(shè)備，其中原料性能是首要條件。普通功率石墨電極，采用普通級(jí)石油焦生產(chǎn)，其物理力學(xué)性能較低，如電阻率高、線(xiàn)膨脹系數(shù)大、抗熱震性差，因此允許的電流密度較低。

高功率石墨電極采用優(yōu)質(zhì)石油焦（或低品位針狀焦）生產(chǎn)，其物理力學(xué)性能高于普通功率石墨電極，允許更大的電流密度。超高功率石墨電極必須使用高級(jí)針狀焦生產(chǎn)。大功率和超高功率石墨電極的接合質(zhì)量尤為重要。接頭坯料不僅電阻率和線(xiàn)膨脹系數(shù)小于電極體，而且接頭坯料還應(yīng)具有更高的抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)熱性。為了提高電極連接的可靠性，連接器應(yīng)配備連接器螺栓。

 

石墨電極生產(chǎn)特點(diǎn)

生產(chǎn)石墨電極的主要原料是石油焦（包括針狀焦）。在普通功率石墨電極的生產(chǎn)中，可以加入少量的瀝青焦。粘合劑為煤瀝青。

（1） 生產(chǎn)過(guò)程多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。普通功率石墨電極的生產(chǎn)周期約為45天，超高功率石墨電極生產(chǎn)周期超過(guò)70天。需要多次浸漬的接頭具有更長(zhǎng)的生產(chǎn)周期。

（2） 能耗高，1t普通功率石墨電極需要消耗約6000kW?h功率，燃?xì)饣蛱烊粴鈹?shù)千立方米，冶金焦顆粒和冶金焦粉（二次能源）約1t。

（3） 石墨電極的生產(chǎn)工藝，需要大量的專(zhuān)用機(jī)械設(shè)備和特殊結(jié)構(gòu)的窯爐，建設(shè)投資大，投資回收期長(zhǎng)。

（4） 石墨電極生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的粉塵和有害氣體，因此有必要采取良好的通風(fēng)除塵和消除有害氣體的環(huán)保措施。

 

石墨電極生產(chǎn)工藝

石墨電極的生產(chǎn)工藝如圖所示，主要生產(chǎn)工藝如下：

（1） 煅燒

石油焦或?yàn)r青焦需要煅燒，煅燒溫度應(yīng)達(dá)到1300℃，以充分去除原料中的揮發(fā)性物質(zhì)，提高焦炭的真實(shí)密度和電導(dǎo)率。

（2） 粉碎、篩選和配料

煅燒后的原料被破碎并過(guò)篩成指定尺寸的骨料顆粒，部分原料被研磨成細(xì)粉末。根據(jù)公式稱(chēng)重后，將各種顆粒的混合物組裝起來(lái)。

（3） 揉捏

在加熱狀態(tài)下，將各種顆粒的定量混合物和定量粘合劑混合并捏成塑料糊。

（4） 形狀

在外部壓力（模塑成型或擠出成型）或振動(dòng)（振動(dòng)成型）的作用下，漿料被壓制成一定的形狀和更高密度的坯料。

（5） 烘烤

將坯料放入專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的高溫爐中，在坯料上覆蓋填充材料（焦粉或河砂），并將溫度逐漸提高到900~1100℃左右，使粘結(jié)劑碳化，從而獲得烘焙產(chǎn)品。

（6） 浸泡

為了提高產(chǎn)品的堆積密度和機(jī)械強(qiáng)度，將焙燒后的產(chǎn)品裝載到汽車(chē)上，并將液體浸漬劑壓入焙燒后產(chǎn)品的孔隙中。浸漬后，應(yīng)再次烘烤。為了獲得高密度、高強(qiáng)度的接頭坯料，需要重復(fù)浸漬2～3次。

（7） 圖形化

將煅燒后的產(chǎn)品裝入石墨化爐（覆蓋絕緣材料），采用直接通電加熱的方法。通過(guò)將煅燒產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為油墨晶體結(jié)構(gòu)，獲得了人造石墨電極的物理和化學(xué)性能。

（8） 機(jī)械加工

根據(jù)使用要求，石墨化坯料經(jīng)過(guò)表面車(chē)削、端面加工和螺紋孔加工后進(jìn)行連接，再進(jìn)行連接接頭加工。

（9） 成品檢驗(yàn)合格后進(jìn)行包裝。

 

石墨電極行業(yè)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)石墨電極企業(yè)主要分布在華北、華中、華東、東北、西北等地區(qū)。華北地區(qū)是中國(guó)石墨電極產(chǎn)能最集中的地區(qū)，占中國(guó)產(chǎn)能的29.5%，主要集中在中小企業(yè)；東北地區(qū)占中國(guó)生產(chǎn)能力的22%。然后是西北地區(qū)，該地區(qū)的產(chǎn)能占中國(guó)的14%。另一個(gè)是華中，華東。參與者主要是私營(yíng)企業(yè)，中國(guó)約占全球石墨電極產(chǎn)量的50%。

石墨電極是一個(gè)高能耗、高排放的行業(yè)，在雙高限值的背景下，其未來(lái)的生產(chǎn)擴(kuò)張可能會(huì)受到限制。生產(chǎn)一噸石墨電極需要1.69噸標(biāo)準(zhǔn)煤。按照1噸標(biāo)準(zhǔn)煤2.66噸二氧化碳的換算方法，每噸石墨電極的碳排放量為4.48噸，因此未來(lái)擴(kuò)產(chǎn)可能受到限制我國(guó)主流石墨電極生產(chǎn)企業(yè)有方大炭素、吉林炭素、開(kāi)封炭素、遼寧丹炭素、南通炭素等，作為我國(guó)石墨電極行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，方大碳素在國(guó)內(nèi)石墨電極市場(chǎng)占有率超過(guò)20%，石墨電極產(chǎn)能居世界第三。

在超高功率石墨電極市場(chǎng)，由于超高功率的石墨電極技術(shù)要求較高，行業(yè)內(nèi)具備相應(yīng)技術(shù)實(shí)力的龍頭企業(yè)通過(guò)釋放產(chǎn)能，占據(jù)超高功率產(chǎn)品80%以上的市場(chǎng)份額。中游的大型石墨電極公司對(duì)下游煉鋼行業(yè)有很強(qiáng)的議價(jià)能力，要求下游客戶(hù)在不提供賬期的情況下付款發(fā)貨。

石墨電極市場(chǎng)的供應(yīng)端預(yù)計(jì)仍將繼續(xù)萎縮。一方面，成本高，需求不好，石墨電極企業(yè)生產(chǎn)積極性不足。為了避免庫(kù)存積累，有計(jì)劃減少生產(chǎn)或暫停生產(chǎn)壓力型和其他工藝。另一方面，目前負(fù)極材料市場(chǎng)仍表現(xiàn)良好，負(fù)極及其加工環(huán)節(jié)利潤(rùn)可觀，部分石墨電極廠家吸引利潤(rùn)，轉(zhuǎn)而進(jìn)行負(fù)極或正極加工。如果你想了解更多，可以從鋰離子電池負(fù)極材料公司和負(fù)極材料制造商的文章中獲得相關(guān)信息。