Υλικό καθόδου
Στην παρασκευή ανόργανων υλικών ηλεκτροδίων για μπαταρίες ιόντων λιθίου, η αντίδραση στερεάς κατάστασης υψηλής θερμοκρασίας είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη. Αντίδραση στερεάς φάσης υψηλής θερμοκρασίας: αναφέρεται στη διαδικασία κατά την οποία τα αντιδρώντα, συμπεριλαμβανομένων των ουσιών στερεάς φάσης, αντιδρούν για ένα χρονικό διάστημα σε μια ορισμένη θερμοκρασία και παράγουν χημικές αντιδράσεις μέσω της αμοιβαίας διάχυσης μεταξύ διαφόρων στοιχείων για να παράγουν τις πιο σταθερές ενώσεις σε μια ορισμένη θερμοκρασία, συμπεριλαμβανομένης της αντίδρασης στερεού-στερεού, της αντίδρασης στερεού-αερίου και της αντίδρασης στερεού-υγρού.
Ακόμα και αν χρησιμοποιηθεί η μέθοδος sol-gel, η μέθοδος coprecipitation, η υδροθερμική μέθοδος και η διαλυτοθερμική μέθοδος, συνήθως απαιτείται αντίδραση στερεάς φάσης ή σύντηξη στερεάς φάσης σε υψηλή θερμοκρασία. Αυτό συμβαίνει επειδή η αρχή λειτουργίας της μπαταρίας ιόντων λιθίου απαιτεί το υλικό του ηλεκτροδίου της να μπορεί να εισάγει και να αφαιρεί επανειλημμένα li+, επομένως η δομή του πλέγματός της πρέπει να έχει επαρκή σταθερότητα, γεγονός που απαιτεί η κρυσταλλικότητα των ενεργών υλικών να είναι υψηλή και η κρυσταλλική δομή να είναι κανονική. Αυτό είναι δύσκολο να επιτευχθεί υπό συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας, επομένως τα υλικά ηλεκτροδίων των μπαταριών ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται σήμερα λαμβάνονται βασικά μέσω αντίδρασης στερεάς κατάστασης υψηλής θερμοκρασίας.
Η γραμμή παραγωγής επεξεργασίας υλικών καθόδου περιλαμβάνει κυρίως σύστημα ανάμειξης, σύστημα πυροσυσσωμάτωσης, σύστημα σύνθλιψης, σύστημα πλύσης με νερό (μόνο με υψηλή περιεκτικότητα σε νικέλιο), σύστημα συσκευασίας, σύστημα μεταφοράς σκόνης και έξυπνο σύστημα ελέγχου.
Όταν η διαδικασία υγρής ανάμειξης χρησιμοποιείται στην παραγωγή υλικών καθόδου για μπαταρίες ιόντων λιθίου, συχνά αντιμετωπίζονται προβλήματα ξήρανσης. Διαφορετικοί διαλύτες που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία υγρής ανάμειξης οδηγούν σε διαφορετικές διαδικασίες ξήρανσης και εξοπλισμό. Προς το παρόν, υπάρχουν κυρίως δύο είδη διαλυτών που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία υγρής ανάμειξης: μη υδατικοί διαλύτες, δηλαδή οργανικοί διαλύτες όπως αιθανόλη, ακετόνη κ.λπ.· Νερό-διαλύτης. Ο εξοπλισμός ξήρανσης για υγρή ανάμειξη υλικών καθόδου μπαταριών ιόντων λιθίου περιλαμβάνει κυρίως: περιστροφικό στεγνωτήριο κενού, στεγνωτήριο κενού με τσουγκράνα, στεγνωτήριο ψεκασμού, στεγνωτήριο κενού με ιμάντα.
Η βιομηχανική παραγωγή υλικών καθόδου για μπαταρίες ιόντων λιθίου συνήθως υιοθετεί διαδικασία σύνθεσης υψηλής θερμοκρασίας στερεάς κατάστασης με πυροσυσσωμάτωση, και ο πυρήνας και ο βασικός εξοπλισμός της είναι ο κλίβανος πυροσυσσωμάτωσης. Οι πρώτες ύλες για την παραγωγή υλικών καθόδου μπαταριών ιόντων λιθίου αναμειγνύονται ομοιόμορφα και ξηραίνονται, στη συνέχεια φορτώνονται στον κλίβανο για πυροσυσσωμάτωση και στη συνέχεια εκφορτώνονται από τον κλίβανο για τη διαδικασία σύνθλιψης και ταξινόμησης. Για την παραγωγή υλικών καθόδου, οι τεχνικοί και οικονομικοί δείκτες, όπως η θερμοκρασία ελέγχου θερμοκρασίας, η ομοιομορφία της θερμοκρασίας, ο έλεγχος και η ομοιομορφία της ατμόσφαιρας, η συνέχεια, η παραγωγική ικανότητα, η κατανάλωση ενέργειας και ο βαθμός αυτοματισμού του κλιβάνου, είναι πολύ σημαντικοί. Προς το παρόν, ο κύριος εξοπλισμός πυροσυσσωμάτωσης που χρησιμοποιείται στην παραγωγή υλικών καθόδου είναι ο κλίβανος ώθησης, ο κλίβανος κυλίνδρων και ο κλίβανος καμπάνας.
◼ Ο κλίβανος με κυλινδρικούς κλίβανους είναι ένας κλίβανος μεσαίου μεγέθους με συνεχή θέρμανση και πυροσυσσωμάτωση.
◼ Σύμφωνα με την ατμόσφαιρα του κλιβάνου, όπως και ο κλίβανος ώθησης, ο κλίβανος κυλίνδρων χωρίζεται επίσης σε κλίβανο αέρα και κλίβανο ατμόσφαιρας.
- Αεροκάμινος: χρησιμοποιείται κυρίως για τη σύντηξη υλικών που απαιτούν οξειδωτική ατμόσφαιρα, όπως υλικά μαγγανικού λιθίου, υλικά οξειδίου λιθίου-κοβαλτίου, τριαδικά υλικά κ.λπ.
- Ατμοσφαιρικός κλίβανος: χρησιμοποιείται κυρίως για τριαδικά υλικά NCA, υλικά φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LFP), υλικά ανόδου γραφίτη και άλλα υλικά σύντηξης που χρειάζονται προστασία από το αέριο ατμόσφαιρας (όπως N2 ή O2).
◼ Ο κλίβανος με κυλινδρικούς κυλίνδρους υιοθετεί τη διαδικασία τριβής κύλισης, επομένως το μήκος του κλιβάνου δεν επηρεάζεται από τη δύναμη πρόωσης. Θεωρητικά, μπορεί να είναι άπειρο. Τα χαρακτηριστικά της δομής της κοιλότητας του κλιβάνου, η καλύτερη συνοχή κατά την ψήσιμο προϊόντων και η μεγάλη δομή της κοιλότητας του κλιβάνου ευνοούν περισσότερο την κίνηση της ροής του αέρα στον κλίβανο και την αποστράγγιση και την εκκένωση του καουτσούκ των προϊόντων. Είναι ο προτιμώμενος εξοπλισμός για την αντικατάσταση του κλιβάνου ώθησης για την πραγματική πραγματοποίηση παραγωγής μεγάλης κλίμακας.
◼ Προς το παρόν, το οξείδιο του λιθίου-κοβαλτίου, το τριαδικό, το μαγγανικό λίθιο και άλλα υλικά καθόδου των μπαταριών ιόντων λιθίου συντήκονται σε κλίβανο με κυλίνδρους αέρα, ενώ το φωσφορικό λίθιο-σιδήρου συντήκεται σε κλίβανο με κυλίνδρους προστατευμένο από άζωτο και το NCA συντήκεται σε κλίβανο με κυλίνδρους προστατευμένο από οξυγόνο.
Υλικό αρνητικού ηλεκτροδίου
Τα κύρια βήματα της βασικής ροής διεργασίας του τεχνητού γραφίτη περιλαμβάνουν την προεπεξεργασία, την πυρόλυση, την άλεση με μπάλα, τη γραφιτοποίηση (δηλαδή, θερμική επεξεργασία, έτσι ώστε τα αρχικά άτακτα άτομα άνθρακα να είναι διατεταγμένα με τάξη, και τους βασικούς τεχνικούς κρίκους), την ανάμειξη, την επίστρωση, την ανάμειξη, το κοσκίνισμα, τη ζύγιση, τη συσκευασία και την αποθήκευση. Όλες οι λειτουργίες είναι λεπτές και πολύπλοκες.
◼ Η κοκκοποίηση χωρίζεται σε διεργασία πυρόλυσης και διεργασία κοσκινίσματος με σφαιρική άλεση.
Στη διαδικασία πυρόλυσης, τοποθετήστε το ενδιάμεσο υλικό 1 στον αντιδραστήρα, αντικαταστήστε τον αέρα στον αντιδραστήρα με N2, σφραγίστε τον αντιδραστήρα, θερμάνετέ το ηλεκτρικά σύμφωνα με την καμπύλη θερμοκρασίας, ανακατέψτε το στους 200 ~ 300 ℃ για 1~3 ώρες και στη συνέχεια συνεχίστε να το θερμαίνετε στους 400 ~ 500 ℃, ανακατέψτε το για να λάβετε υλικό με μέγεθος σωματιδίων 10 ~ 20 mm, μειώστε τη θερμοκρασία και εκκενώστε το για να λάβετε το ενδιάμεσο υλικό 2. Υπάρχουν δύο είδη εξοπλισμού που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία πυρόλυσης, ο κάθετος αντιδραστήρας και ο εξοπλισμός συνεχούς κοκκοποίησης, οι οποίοι έχουν την ίδια αρχή. Και οι δύο αναδεύονται ή κινούνται κάτω από μια συγκεκριμένη καμπύλη θερμοκρασίας για να αλλάξουν τη σύνθεση του υλικού και τις φυσικές και χημικές ιδιότητες στον αντιδραστήρα. Η διαφορά είναι ότι ο κάθετος βραστήρας είναι ένας συνδυασμός ζεστού και κρύου βραστήρα. Τα συστατικά του υλικού στον βραστήρα αλλάζουν με ανάδευση σύμφωνα με την καμπύλη θερμοκρασίας στον ζεστό βραστήρα. Μετά την ολοκλήρωση, τοποθετείται στον ψυκτικό βραστήρα για ψύξη και ο ζεστός βραστήρας μπορεί να τροφοδοτηθεί. Ο εξοπλισμός συνεχούς κοκκοποίησης επιτυγχάνει συνεχή λειτουργία, με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και υψηλή απόδοση.
◼ Η ενανθράκωση και η γραφιτοποίηση αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι. Ο φούρνος ενανθράκωσης ενανθράκωσε τα υλικά σε μεσαίες και χαμηλές θερμοκρασίες. Η θερμοκρασία του φούρνου ενανθράκωσης μπορεί να φτάσει τους 1600 βαθμούς Κελσίου, γεγονός που μπορεί να καλύψει τις ανάγκες ενανθράκωσης. Ο έξυπνος ελεγκτής θερμοκρασίας υψηλής ακρίβειας και το αυτόματο σύστημα παρακολούθησης PLC θα κάνουν τα δεδομένα που παράγονται κατά τη διαδικασία ενανθράκωσης να ελέγχονται με ακρίβεια.
Ο φούρνος γραφιτοποίησης, συμπεριλαμβανομένων των οριζόντιων υψηλής θερμοκρασίας, χαμηλότερης εκκένωσης, κάθετων κ.λπ., τοποθετεί γραφίτη σε θερμή ζώνη γραφίτη (περιβάλλον που περιέχει άνθρακα) για σύντηξη και τήξη, και η θερμοκρασία κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου μπορεί να φτάσει τους 3200 ℃.
◼ Επίστρωση
Το ενδιάμεσο υλικό 4 μεταφέρεται στο σιλό μέσω του αυτόματου συστήματος μεταφοράς και το υλικό γεμίζεται αυτόματα στο κουτί προμηθίου από τον χειριστή. Το αυτόματο σύστημα μεταφοράς μεταφέρει το κουτί προμηθίου στον συνεχή αντιδραστήρα (κυλινδρικός κλίβανος) για επικάλυψη. Λάβετε το ενδιάμεσο υλικό 5 (υπό την προστασία αζώτου, το υλικό θερμαίνεται στους 1150 ℃ σύμφωνα με μια συγκεκριμένη καμπύλη αύξησης της θερμοκρασίας για 8~10 ώρες). Η διαδικασία θέρμανσης είναι η θέρμανση του εξοπλισμού μέσω ηλεκτρισμού και η μέθοδος θέρμανσης είναι έμμεση. Η θέρμανση μετατρέπει την υψηλής ποιότητας άσφαλτο στην επιφάνεια των σωματιδίων γραφίτη σε πυρολυτική επίστρωση άνθρακα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θέρμανσης, οι ρητίνες στην υψηλής ποιότητας άσφαλτο συμπυκνώνονται και η κρυσταλλική μορφολογία μετασχηματίζεται (η άμορφη κατάσταση μετασχηματίζεται σε κρυσταλλική κατάσταση). Ένα διατεταγμένο μικροκρυσταλλικό στρώμα άνθρακα σχηματίζεται στην επιφάνεια των φυσικών σφαιρικών σωματιδίων γραφίτη και τελικά λαμβάνεται ένα επικαλυμμένο υλικό σαν γραφίτη με δομή "πυρήνα-κελύφους".