石墨电极介绍及分析

石墨是包括锂高压电池在内的商用锂离子电池的主要负极材料，并且在未来一段时间内仍将是主要负极材料。本文将为您介绍石墨电极是什么、如何制造、应用以及行业现状分析。

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，煤焦油沥青为结合剂，经原料煅烧、破碎磨粉、配料、混合、成型、焙烧、浸渍、石墨化和机械加工而成。采用耐高温石墨导电材料加工而成。

利用石墨电极优异的物理化学性能生产石墨电极碳素制品工业的主要品种，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有很大比重，占65%以上。中游是石墨电极生产企业，下游是电炉炼钢、电炉冶炼硅、电炉冶炼黄磷等领域。

石墨电极分类

根据原材料和成品理化指标的不同，石墨电极分为：普通功率石墨电极（RP）、高功率石墨电极（HP）和超高功率石墨电极（UHP）。

石墨电极分类	应用领域
普通功率石墨电极	允许使用电流密度低于17A/cm 2 的石墨电极；上游原料主要为石油焦和煤焦油沥青，下游应用主要用于炼钢、硅冶炼、黄磷冶炼等普通电力电炉。
高功率石墨电极	允许使用电流密度为18～25A/cm 2 的石墨电极；上游原料为石油焦和煤焦油沥青，添加针状焦，下游应用主要用于炼钢的高功率电弧炉。
超高功率石墨电极	允许使用电流密度大于25A/cm 2 的石墨电极；上游原料为石油焦、针状焦和煤焦油沥青，其针状焦含量高于高功率石墨电极，下游应用主要用于超高功率炼钢电弧炉。

石墨电极指标

衡量石墨电极质量的主要指标有电阻率、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都与以上几个指标有关，其准确度机械加工产品的质量和连接的可靠性也是重要的检验项目。

●电阻率
导体对电流通过时的阻力。数值上等于给定温度下长度为1m、截面积为1m2的导体的电阻，减少使用中的消耗。通常采用压降法测量，电阻率的大小可以衡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，抗氧化性能越好。

●体积密度
提高体积密度有利于减少气孔率，提高机械强度，提高抗氧化能力。但如果堆积密度太大，则耐热震性会下降。因此，应采取其他措施来弥补这一不足。如提高石墨化温度以提高电极的导热系数以及以针状焦为原料以降低成品的热膨胀系数等。

●机械强度
石墨电极的机械强度分为抗压强度、抗弯强度和抗拉强度3种，主要测定抗弯强度，抗弯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，或由于碰撞倒塌、强烈振动等原因，石墨电极往往存在被折断的危险，抗弯强度高的石墨电极不容易被打破。

●弹性模量
弹性模量是机械性能的一个重要方面。它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越大，柔性材料的弹性模量越小。

●热膨胀系数
石墨的热膨胀系数作为影响电极热性能的一个非常重要的参数，该值越低，表明国产产品的热稳定性越强，抗氧化性能越高，在使用中可以体现性能破碎越少，消耗越低。

石墨电极的质量取决于原材料性能、工艺技术、管理和生产设备，其中原材料性能是首要条件。普通功率石墨电极，采用普通级石油焦生产，其物理机械性能较低，如电阻率高、线膨胀系数大、抗热震性能差，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（或低品级针状焦）生产，其物理机械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品位针状焦生产。高功率和超高功率石墨电极的接头质量尤为重要。不仅接头坯料的电阻率和线膨胀系数比电极本体小，而且接头坯料还应具有较高的抗拉强度和导热系数。为了增强电极连接的可靠性，连接器应配备连接螺栓。

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）。生产普通功率石墨电极时可添加少量沥青焦。粘结剂为煤沥青。

(1)生产工序多，生产周期长。普通功率石墨电极的生产周期为45天左右，超高功率石墨电极的生产周期为70天以上。需要多次浸渍的接头生产周期较长。

（2）能耗高，1t普通功率石墨电极需消耗电力约6000kW·h，煤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，因此需要采取完善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

石墨电极的生产流程如图所示。主要生产工艺如下：

(1) 煅烧
石油焦或沥青焦需要进行煅烧，煅烧温度应达到1300℃，以充分除去原料中的挥发分，提高焦炭的真密度和导电率。

(2)破碎、筛分和配料将
煅烧后的原料破碎、筛分成规定尺寸的骨料颗粒，部分原料磨成细粉。按照配方称重后，将各种颗粒的混合物进行组装。

(3)混炼
在加热状态下，将定量的各种颗粒混合物与定量的粘结剂混合、混炼成塑料糊料。

(4)形状
在外压力(模压成型或挤压成型)或振动(振动成型)的作用下，将糊料压制成一定形状和较高密度的毛坯。

(5) 烘烤
将钢坯放入专门设计的高温炉中，在钢坯上覆盖填充材料(焦粉或河沙)，逐渐升温至900～1100℃左右，使粘结剂碳化，从而得到烘烤品。

(6)浸泡
为了提高制品的堆积密度和机械强度，将焙烧制品装入高压釜中，将液体浸渍剂压入焙烧制品的孔隙中。浸渍后应再次烘烤。为了获得高密度、高强度的接头毛坯，需重复浸渍2～3次。

(7)石墨化
将煅烧后的产物装入石墨化炉(覆盖有保温材料)中，采用直接通电加热方式。人造石墨电极的物理和化学性能是通过将煅烧产物转变为墨晶结构而获得的。

(8)机械加工
根据使用要求，对石墨化毛坯进行表面车削、端面加工和连接用螺孔加工，然后进行连接接头加工。

（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。华北地区是我国石墨电极产能最集中的地区，占我国产能的29.5%，主要集中在中小企业；

东北地区产能占中国产能的22%。然后是西北地区，占中国产能的14%。另一个是华中、华东。参与者主要是民营企业，中国石墨电极产量约占全球的50%。

石墨电极属于高能耗、高排放行业，在双高限的背景下其未来产量扩张或将受到限制。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吨二氧化碳折算法，单吨石墨电极的碳排放量为4.48吨，因此未来扩产可能会受到限制。

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、南通炭素等。作为中国石墨电极行业的龙头企业，方大炭素的石墨电极国内市场份额超过20%，石墨电极产能位居全球第三。

在超高功率石墨电极市场，由于超高功率石墨电极的技术要求较高，行业内具有相应技术实力的龙头企业占据超高功率产品80%以上的市场份额。释放能力。

中游大型石墨电极企业对下游炼钢行业议价能力较强，要求下游客户在不提供账期的情况下收款发货。

石墨电极市场供给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。为避免库存堆积，有计划减少生产或暂停压力式等工序的生产。

另一方面，目前负极材料市场依然表现良好，阳极电极及其加工环节利润可观，部分石墨电极厂家受利润吸引，转而进行阳极或阴极加工。