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石墨化是指非晶体状态的碳素集合体（待石墨化处理制品，例如锂离子电池负极材料半成品）在保护介质中加热到2500~3000℃，使六角碳原子平面网格从二维空间的无序重迭（乱层结构，或称即无定形炭）转变为三维空间的有序重迭（有顺序排列的石墨结构）的高温热处理过程。石墨化工序提升了产品的体积密度、导电率、导热率、抗腐蚀性能及机械加工性能。石墨化是人造石墨负极生产过程中的关键工序。

由于石墨化时间较长，近几年人造石墨负极材料石墨化工序通常以外委加工形式生产，但随着负极厂商的自建石墨化产能陆续投产，石墨化自给率将逐步提升。一般来说，高端人造石墨通常使用超高温石墨化工序，单吨外委价格2.3-2.5万元/吨（含税），长协价格低于2万元/吨，如果部分产品还需进行反应釜碳化，需增加成本0.3万元/吨左右。

影响石墨化的主要因素是原料、温度、时间、压力和催化剂等，以上参数的变化会影响石墨化的电费与生产周期等，进而影响加工成本。

①原料：在高温下容易转化成石墨的无定形碳称为易石墨化炭（或称为可石墨化炭）。石油焦、针状焦等属于易石墨化炭。易石墨化炭在碳化制备过程中一般需要经历熔融状态，其结构中碳分子簇团接近相互平行排列。不同焦类的配比会使得石墨化的生产流程与相关温度参数有差异性。

②温度决定着石墨化程度。不同的炭材料，开始石墨化转变温度不同。石油焦一般在1700℃就开始进入石墨化，而针状焦则要在2000℃左右才能进入石墨化的转化阶段。加热温度越高，电阻率越低、相邻晶层间距越接近理想石墨晶体的0.3354nm，石墨化程度越高。而石墨化程度越高，石油焦的电化学性能越优异，研究表明经过适当温度石墨化热处理后的石油焦具有较高的放电比容量和优异的循环性能。

③时间：石墨化程度和高温下的停留时间也有一定的关系，石墨化温度越高，进入石墨化稳定状态需要的时间越短，保温时间越长，电阻率越低，石墨化程度就越高。另外，加压对石墨化有明显的促进作用；催化剂在一定条件下的添加，可以促进石墨化的进行，如硼、铁、娃、钛、键、镁及其某些化合物等。

根据负极材料的产品形态和参数需求，不同石墨化炉有自己应用场景。一般而言，艾奇逊炉和内串炉由于加热温度高，石墨化率高，适用于高端产品；厢式炉适用于中端产品；连续炉适用于中低端产品。

石墨化主流工艺类型对比

石墨化工艺按加热方式可分为间歇性生产工艺与连续法生产工艺，关键环节是装炉。目前行业内坩埚装炉法和厢式装炉法应用最为广泛，其均属于间歇性生产工艺，既每次放入炉中固定数量的原材料，待高温加热完成后出炉。间歇式生产工艺按炉型可分为：艾奇逊炉、内串炉、箱式炉。

连续法是指原材料连续进入加热炉中，生产中没有断电的过程，石墨化的产品需要经过一系列的温区，在炉中移动加热，从而实现连续石墨化。连续法耗电最少，无生产辅料，连续生产下的成本大幅降低、能量利用率较高，较为环保，产品一致性好。但是，由于其技术成熟度不高，投资过高，目前行业内尚未大规模使用，山河智能 1000 吨中试装置落地，目前公司已经交付 5-6 家客户打样生产，预计认证周期 6 个月左右，第一批送样产品认证结果将会在今年年中给出。除此之外，贝特瑞有一条1000吨的中试线，在技术设备完备的条件下，预计在2023年会有放大产能。

目前，连续石墨化最优的状态还在摸索过程中。连续法工艺装炉的单炉容量低，首效和石墨化程度较低，可应用于中低端产品，若产品品质能得以提高，则有望成为未来的方向。

表1 间歇式与连续式石墨化工艺流程性能对比表

间歇性法石墨化工艺流程主要包括铺炉底、砌炉芯、负极材料前驱体及保温料体装炉、送电、冷却、负极材料及副产品出炉、包装等步骤。对于装炉环节而言，通过不断优化炉内加工材料的装炉方式，炉内空间的使用效率将不断提高。石墨化加工行业中，企业按照加工物料重量收费，炉内空间使用效率的提高将提升企业盈利能力。

①艾奇逊石墨化炉：目前行业主流炉型为坩埚装炉，石墨化炉的整个炉体是砌筑在水平的混凝土基础上的，先堆砌1-3层红砖，然后再堆砌一层普通的耐火砖。主要流程是将待加工的负极材料装填于石墨坩埚中，再将坩埚摆放于炉内进行加热，同时需在坩埚间填充石油焦作为导电材料及保温料使炉内构成电流回路。该技术路线成熟，装炉料、吸料工序复杂程度及炉内坩埚摆放精度要求适中，可操作性较强。目前应用较多的为普通石墨坩埚、再生圆形石墨坩埚，部分企业也使用再生石墨方坩埚。

但坩埚法耗电量大，只有30%左右的电能被用于制造石墨化，需要大量的电阻加热料和保温覆盖料，内部运输成本较高，敞开冶炼带来废气难以收集，需要配套昂贵的环保设施。但由于温度可保持较高，容量高，首次效率高，石墨化度较高，依然应用较多，适用于中高端产品。生产周期来看，一台圆形坩埚石墨化炉从清炉开始到装入制品、通电加热、冷却、卸出产品，生产周期长达15-20天，其中通电加热只需2-3天，虽然每台炉组有6-8台石墨化炉，但每台石墨化炉在一个月内只能周转2-2.5次，相应的效率较低。2021年，石墨化产能紧张，部分石墨化加工企业为提高石墨化炉周转率采用人工降温的方式（冷水浇灌）缩短冷却周期，但是由于温度控制不当或废渣炉料未清理干净，发生多次喷炉炸炉。

②厢式石墨化炉：是以艾奇逊石墨化炉为基础，也属于间歇式生产工艺将整个炉芯空间分成若干个等容积腔室，负极材料直接放在石墨板材所围成的厢体中，厢体通电后自身发热，既作为容器也可以加热。厢式炉对石墨化工艺掌握程度及技术优化水平要求较高，厢板拼接的精度要求高，装料吸料操作难度加大，加热过程需更加精确地控制送电曲线及温度测量。

箱式炉内设置炭板箱体，相对于坩埚尺寸大，从而带来更大的单炉产出。同时，箱式法利用箱体及物流散热，节省了保温电阻料的用量，且相比坩埚法而言减少了生产辅料，耗电量下降。根据行业案例箱式法单位电耗较坩埚法可降低40%~50%，主要系单炉产出更高摊薄单位电耗。因此整体来说其产品成本降低，生产效率提升，但容量、首效和石墨化程度略逊于坩埚装炉法，适合中端产品的生产。

③内串石墨化炉：属于间歇式生产工艺，内串式石墨化工艺与艾奇逊石墨化工艺的主要区别是不需要辅料加热，产品放入梅花埚中并串联，由电极从两端对产品加热，产品本身电阻产热，不需要电阻料以及填充料，可减少热量损耗与电耗，但其炉温不如艾奇逊炉，且产量较低，坩埚成本较高，因此近年来新建负极材料石墨化装置基本不再考虑该炉型。

④连续石墨化炉：目前技术尚不成熟，规模化应用不多。但是其工艺耗电最少，无生产辅料，连续生产下的成本大幅降低、能量利用率较高，环保且一致性好，但容量、首效和石墨化程度较低，可应用于中低端产品，若产品性能得以提高，则有望成为未来的应用方向，对厢式装炉法形成一定替代，但难以取代坩埚装炉法在高端产品中的应用。

表3三种行业主流石墨化炉工艺对比表

综合来说，各种工艺方法各有优劣，当前艾奇逊法占主导，厢式装炉法石墨化炉未来有一定发展潜力。从能耗和生产效率上看，连续石墨化炉较现有工艺能耗下降30%以上，加工速率提升20%以上，故从降本增效的角度目前正从艾奇逊炉（间歇法）—箱式炉（间歇法）—连续化炉（连续法）迭代。但在产品石墨化度和性能参数上，连续石墨化会弱于间歇式方案。因此，虽然整体技术迭代趋势确定，但结合三种技术路线优势仍有部分差异化需求。