在钠离子电池负极材料硬碳的制备工艺中，预碳化是关键环节之一，而回转炉因具备连续化生产、物料受热均匀、易于工业化放大等优势，成为硬碳预碳化的核心设备。以下从硬碳预碳化的意义、回转炉的结构与工作原理、工艺特点及应用要点等方面详细介绍：
硬碳（Hard Carbon）是目前钠离子电池最具商业化潜力的负极材料，其制备通常以生物质（如椰壳、木材）、高分子聚合物（如酚醛树脂、PVC）、糖类等为前驱体，需经预碳化和高温碳化两步核心工艺：
预碳化：在中低温（通常 300-800℃）、惰性气氛（N₂、Ar 等）下，对前驱体进行初步热解，主要作用包括：
去除前驱体中的挥发分（如水分、小分子有机物、含氧官能团等），避免后续高温碳化时因剧烈产气导致碳骨架崩塌；
使前驱体发生部分脱氢、脱氧反应，形成初步的无序碳骨架，为高温碳化阶段的结构调控（如层间距、孔隙率）奠定基础；
减少前驱体在高温碳化时的体积收缩率，提升最终硬碳材料的结构稳定性。
回转炉是一种通过炉体旋转实现物料连续加热处理的设备，针对硬碳预碳化需求，其结构设计需满足 “低温控温精准、物料均匀受热、惰性气氛密封、挥发分高效导出” 等要求，核心结构包括：
材质：炉管通常采用耐高温合金（如 310S 不锈钢）或陶瓷（如刚玉），耐温需≥1000℃（覆盖预碳化温度范围），且需具备抗腐蚀性（避免与挥发分中的酸性物质反应）。
结构：炉体呈轻微倾斜（倾斜角度通常 1-5°），长度根据产能设计（从数米到数十米），通过旋转（转速 0.5-5 r/min）带动物料沿轴向移动，实现连续进料与出料。
加热方式：多采用电加热（电阻丝、硅碳棒）或燃气加热，通过炉体外部的加热套分区控温（可分为预热段、反应段、降温段），确保炉内温度均匀（温差≤±5℃），避免局部过热导致前驱体结焦或结构破坏。
温度范围：针对硬碳预碳化，加热区间通常设定为 300-800℃（具体根据前驱体调整，如生物质需较低温度去除水分，树脂类需稍高温度分解交联结构）。
预碳化需在惰性气氛（N₂、Ar）中进行，防止前驱体氧化（否则会引入过多氧元素，破坏碳骨架，降低硬碳的储钠性能）。
系统通过气体流量计精确控制惰性气体流量（通常为炉体体积的 3-5 倍 /h），同时炉体两端采用机械密封或气封设计，避免空气渗入。
物料（前驱体粉末或颗粒）从炉体高端进料，随炉体旋转向低端移动，通过调节炉体倾斜角度（1-5°）和转速（0.5-5 r/min）控制物料停留时间（通常 30-120 分钟，需匹配前驱体的热解速率）。
炉内可设计抄板或导流结构，增强物料翻动，确保受热均匀，避免局部堆积导致的热解不完全。
预碳化过程中会产生大量挥发分（如 H₂O、CO、CH₄、焦油、小分子有机物等），需通过尾气管道导出，经冷凝（回收焦油）、活性炭吸附或焚烧处理后排放，避免污染环境。
相比箱式炉（间歇式）、推板炉（半连续）等设备，回转炉在硬碳预碳化中具有显著优势：
连续化生产，适配工业化需求
可实现前驱体 “进料 - 预碳化 - 出料” 的连续操作，单台设备产能可达吨级 / 天，适合钠离子电池负极材料大规模生产（如动力电池级硬碳需求）。
物料受热均匀，产物一致性高
炉体旋转使物料不断翻动，结合分区控温，可避免局部过热或热解不完全，确保预碳化产物（如挥发分残留量、碳骨架初步结构）的批次稳定性。
工艺参数易调控，灵活性强
可通过调节温度、气氛流量、转速、倾斜角度等参数，适配不同前驱体（如生物质、树脂、糖基）的预碳化需求，优化产物性能（如孔隙率、元素组成）。
能耗相对较低
连续生产模式减少了间歇式设备的升温 - 降温循环能耗，且炉体保温设计（如采用硅酸铝纤维）可降低热损失。
防止物料黏壁
部分前驱体（如树脂、糖基）在预碳化初期（200-400℃）可能因软化而黏附炉壁，需通过优化炉体材质（如表面抛光）、控制升温速率（缓慢升温至软化点以上）或添加少量防黏剂（如石墨粉）解决。
精准控温与气氛协同
温度过高会导致前驱体过度热解（如碳骨架提前收缩），过低则挥发分去除不彻底，需结合热重分析（TGA）确定最佳温度区间；同时，惰性气氛流量需匹配挥发分产生速率，避免炉内压力过高导致气体倒灌。
与后续高温碳化工艺衔接
预碳化产物需直接进入高温碳化炉（通常 1000-1500℃），回转炉出料可设计密闭输送装置（如氮气保护螺旋输送机），避免预碳化产物接触空气被氧化。
硬碳预碳化回转炉是钠离子电池负极材料工业化生产的关键设备，其核心价值在于通过连续化、均匀化的预碳化处理，为硬碳最终的储钠性能（如比容量、循环寿命、倍率性能）奠定基础。随着钠离子电池产业化加速，针对硬碳前驱体特性的回转炉优化（如更高精度的控温、更低的能耗、更高效的尾气处理）将成为技术发展重点。
