一、石墨匣缽是什么

石墨匣缽是鋰電池正負極材料高溫燒結所用的容器，是由高純石墨精密加工而成的盒狀石墨制品，應用于鋰電池磷酸鐵鋰材料燒結，主要是作為磷酸鐵鋰的容器放入輥道爐加熱，使正極材料達到高溫合成的作用，通常也被稱作磷酸鐵鋰石墨匣缽、石墨匣缽坩堝、石墨盒子。

石墨匣缽目前廣泛用于燒結鋰電池材料，優秀的耐腐蝕功能，耐一定的高溫，優異的熱傳導功能，居于非金屬材料之首。

 

二、磷酸鐵鋰燒結用匣缽

1. 核心材質組成

石墨匣缽以高純度石墨（C%≥99.9%）為主材，結合多種耐火材料復合而成，常見配方包括：

 

基礎材料：堇青石（30-32%）、莫來石（15-16%）、鋁粉（15-16%）、尖晶石（20-22%）；

 

增強劑：添加POSS改性酚醛樹脂、氧化硼等粘合劑，提升抗侵蝕性和機械強度；

 

表面處理：通過真空浸漬鋁溶膠+硼酸復合液，形成保護層以抵御鋰氧化物滲透。

 

2. 關鍵性能參數

 

 

 

三、質量要求與技術標準

1. 基礎技術規范

抗熱震性：需承受≥100次急冷急熱循環（1200℃↔室溫）無開裂，確保輥道窯連續燒結穩定性；

 

化學穩定性：高溫下不與磷酸鐵鋰反應，避免金屬污染（如Fe、Ni含量≤50ppm）；

 

導熱性：電阻率≤12μΩ·m，熱傳導效率需匹配輥道窯溫控需求；

 

尺寸精度：允許公差±0.5mm，確保裝料均勻性與窯爐兼容性。

 

2. 行業標準

T/ZGTS 008-2024：規定匣缽需通過高溫荷重軟化測試（≥1250℃）、抗折強度（≥30MPa）及重金屬遷移檢測；

 

環保要求：生產過程需配備粉塵回收系統，成品符合RoHS指令（鉛、鎘等限值）。

 

四、三元正極材料燒結用匣缽

1. 材質與規格要求

核心材質：

 

莫來石基復合材料（Al?O? 58.6%，SiO? 41.3%，Fe?O? ≤0.5%），具備高耐腐蝕性、低雜質特性，確保材料燒結過程中無金屬污染。

 

表面處理：部分高端產品采用氧化鋁涂層，減少鋰鹽殘留對材料的侵蝕。

 

關鍵參數：

 

常見規格：

 

標準型：330×330×100mm、320×320×140mm。

 

定制型：根據輥道窯尺寸調整，如雙層單室設計適配高鎳三元燒結需求。

 

2. 選型技術要求

適配場景：高鎳三元（NCM811/NCA）需選擇耐高溫（≥1200℃）、低熱膨脹系數（≤3.5×10??/℃）的莫來石匣缽，避免高溫變形。

 

經濟性：低鎳三元（如NCM523）可選用經濟型莫來石匣缽，成本降低20%-30%，但需縮短更換周期。

 

3. 使用注意事項

裝料限制：裝載量不超過容積的75%，避免高溫膨脹導致側壁開裂。

 

清潔維護：每5次燒結后需用超聲波清洗+氮氣吹掃，防止鋰鹽殘留加速腐蝕。

 

壽命終點：表面侵蝕面積＞25%或重量損失≥10%時需報廢。

 

五、磷酸錳鐵鋰（LMFP）正極材料燒結用匣缽

1. 材質與規格要求

核心材質：

 

高純度石墨（C%≥99.9%）為主基材，添加硼酸鋁（Al?O?-B?O?）復合涂層，抵御錳氧化物滲透。

 

增強工藝：真空浸漬碳化硅（SiC）提升抗熱震性（可承受≥50次1200℃↔室溫循環）。

 

關鍵參數：

 

常見規格：

 

單層網格型：350×350×80mm，適配LMFP粉體均勻鋪料。

 

復合結構：外層石墨+內層堇青石，兼顧導熱性與抗侵蝕性。

 

2. 選型技術要求

錳鐵比適配：高錳含量（Mn:Fe≥6:4）需選用抗Jahn-Teller效應更強的碳化硅涂層匣缽，減少結構畸變引發的材料失效。

 

經濟性：低錳比例（Mn:Fe≤4:6）可選用普通石墨匣缽，成本降低40%。

 

3. 使用注意事項

預氧化處理：首次使用前需在500℃氧化氣氛中煅燒2小時，形成表面氧化層以延長壽命。

 

溫度控制：實際工作溫度≤標稱耐火度的75%（如1500℃匣缽使用溫度≤1125℃），避免錳元素揮發。

 

殘渣清理：燒結后需用稀鹽酸（濃度5%）浸泡去除錳氧化物殘留，防止結塊。

 

六、負極材料（石墨）燒結用坩堝

1. 材質與規格要求

核心材質：

 

等靜壓高純石墨（灰分≤0.02%），添加碳化鉭（TaC）提升抗氧化性，工作溫度可達2800℃。

 

涂層工藝：內壁噴涂氮化硅（Si?N?）涂層，減少石墨與負極材料的粘連。

 

關鍵參數：

 

常見規格：

 

圓柱型：直徑400-600mm，高度800-1200mm，適配連續石墨化爐。

 

方形定制：適配硅碳負極高溫燒結（≥2000℃）需求。

 

2. 選型技術要求

硅碳負極適配：選擇高密度（≥1.9 g/cm³）、低孔隙率（≤10%）坩堝，抑制硅膨脹導致的破裂。

 

經濟性：人造石墨負極可選用普通石墨坩堝，成本降低30%。

 

3. 使用注意事項

防氧化措施：燒結時通入氮氣保護，避免石墨氧化損耗。

 

裝料均勻性：粉體需分層壓實，防止局部過熱導致坩堝變形。

 

壽命管理：每100次使用后需檢測內壁裂紋（深度≥1mm需更換）。

 

七、通用選型與使用對比

經濟性評估

成本因素：高純度匣缽價格是低純度產品的2-3倍，但壽命延長50%以上；

 

降本策略：批量采購可協商至1-5萬元/噸區間，定制化需求需額外支付20-30%溢價。

 

八、使用注意事項

1. 操作規范

預熱處理：首次使用需在300℃烘干2小時，避免驟熱導致開裂；

 

裝料限制：裝載量不超過容積的80%，防止高溫膨脹擠壓變形；

 

溫度控制：工作溫度≤標稱耐火度的80%（如1800℃匣缽實際使用≤1440℃）。

 

2. 維護與壽命管理

清潔周期：每10次燒結后需清除殘留物，建議采用超聲波清洗+氮氣吹掃；

 

裂紋檢測：定期用熒光滲透劑檢查微裂紋，發現深度≥0.5mm立即更換；

 

壽命終點：當匣缽重量損失≥15%或表面侵蝕面積＞30%時需報廢。

 

九、典型故障與解決方案