关于石墨负极材料装埚机的研究及应用作者：李新春 朱亚锋 吴磊来源：《科学与信息化》2019年第27期 摘 要 坩埚装料是人造石墨锂电负极材料石墨化前的一道重要工序，企业为降低生产成本，提高生产效益，希望坩埚装料量越多越好。本文描述了一套负极材料自动装埚系统，并将其成功应用于某石墨化工厂，装埚密度较人工提升15%～20%，装填效率是人工的7倍，整个装埚过程无粉尘泄露，大大改善了车间环境，降低了工人劳动强度，每年可为企业创造了约700万元的经济效益。 关键词 坩埚装料;石墨化;装填效率;装填密度;经济效益
引言
人造石墨具备长循环、高温存储、高倍率等天然石墨所不具备的优势，国内新能源汽车用动力锂电池所采用的负极材料目前多为人造石墨负极[1]。坩埚装料是人造石墨锂电负极材料石墨化前的一道重要工序，企业为降低生产成本，提高生产效益，希望坩埚装料量越多越好。
现有装埚技术一般是人工装埚，装埚过程扬尘严重，装埚效率较低，装填密度低。
付云峰[2]发明了一种石墨微粉装填石墨坩埚的方法，将石墨微粉压制成饼，然后装入石墨坩埚。该方法工序复杂、投资大，同时，压机挤压力太大会造成粉体破碎，导致产品不合格。
刘光涛、宗文[3]发明了一种石墨化装坩埚的方法及振动装置，振动平台上可单次放置多只坩埚，填密度较人工提升10%～25%。但该方法仍然需要人工将粉料装填到坩埚内，没有解决现场扬尘问题，没有减轻工人劳动强度。
本文要介绍了一套自动装埚系统，并成功将其应用于某石墨化厂，装填密度及装埚效率
较人工大大提高，全过程无粉尘泄露，大大降低工人劳动强度。
1 装埚机的组成
装埚机的主要设备组成为：原料仓、真空上料器、滚筒输送机、粉料收集仓及螺旋下料器、布袋收尘器、真空泵、收尘风机、坩埚吊具。该装埚系统的工艺框图如图1所示。
装埚机的控制采用PLC触摸屏控制，设置有手动、自动两种模式。紧急情况下在控制柜可以一键停机，设备旁边显眼位置设置有两处急停按钮。
采用行车将装有负极粉的吨包放料到原料仓，由真空上料器将粉料输送至粉料收集仓，粉料收集仓和螺旋下料器一体化设计，由螺旋下料器将粉料装入坩埚，螺旋下料器和坩埚之间设有密封及收尘装置，将少量粉料收集至布袋收尘器，保证粉料无泄漏。
2 装埚机的应用
2019年4月～8月，该装埚机在某石墨化厂进行了应用，图2為正在装埚中的装埚机，图3为装埚机装填效果，图4为人工装填效果。由图3、图4可以看出，装埚机装埚后，粉料被挤压出很多层状的碎块，密实度高，而人工装埚相对较为松散。
装埚机装埚和人工装埚情况进行了对比，主要数据见表1。
在装埚机应用过程中，也出现了一些问题，比如输送轻密度物料时，真空上料器堵料，适当延长上料器下料时间得到有效解决;坩埚密封面漏粉，将软橡胶密封更改为气囊密封，取得了良好效果。经过摸索更参数更改，设备最终实现了平稳运行。
3 经济效益
该厂每个月有5炉产量，每炉可装950个坩埚。该石墨化厂现有8名装埚工人，平均每人每天可装埚55个，8名工人可完成440个坩埚的负极粉装填工作。
按装埚机比人工装填密度提升15%计算，人工装埚平均每炉约60吨。一炉可多装9吨，每月可多装：5×9=45吨。
每吨石墨负极材料的代工费按15000元计算，多装物料的代工费为：675000元。
按每月5炉的产量，装埚机需要工作：950×5/48=98.96小时
而装埚机每小时的电费约13元，每月电费：1286元。
人工工资平均每人5000元/月，人工成本减少：（8-3）×5000=25000元。
每月产生经济效益：675000-1286+25000=698714万元。
一台装埚机每年可为该石墨化企业创造约700万元的经济效益。
4 结束语
该装埚机在某石墨化厂得到了成功的应用，表明装埚机替代人工装埚时切实可行的。该装埚机的主要优点总结如下：
（1）装填效率高，一台装埚机每次可装4只坩埚，每小时可装48只，每天可装384只，是人工装埚效率的7倍;
（2）装填密度高，装填密度是粉料散装密度的1.5～1.6倍，较人工提升约15%～20%;
（3）密封效果好，整个装埚过程没有粉尘泄露，车间环境大大改善;
（4）自动化程度高，整个装置仅需三人即可完成，其中1人放料，2人吊装坩埚。
（5）经济效益显著，每台装埚机每年可以为石墨化企业创造约700万元的经济效益。
参考文献
[1] 李春晓.锂离子电池负极材料研究进展[J].新材料产业，2017，（9）： 27-33.
[2] 付云峰.一种石墨微粉装填石墨坩埚的方法[P].中国：CN102515807A， 2012.
[3] 刘光涛，宗文.一种负极材料石墨化装坩埚的方法及振动装置[P].中国：CN106981660A，2017.
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