Materiał katody
W przygotowaniu nieorganicznych materiałów elektrodowych do baterii litowo-jonowych najczęściej stosowana jest reakcja w fazie stałej w wysokiej temperaturze. Reakcja w fazie stałej w wysokiej temperaturze: odnosi się do procesu, w którym reagenty, w tym substancje w fazie stałej, reagują przez pewien czas w określonej temperaturze i wytwarzają reakcje chemiczne poprzez wzajemną dyfuzję między różnymi pierwiastkami w celu wytworzenia najbardziej stabilnych związków w określonej temperaturze, w tym reakcja ciało stałe-ciało stałe, reakcja ciało stałe-gaz i reakcja ciało stałe-ciecz.
Nawet jeśli stosuje się metodę sol-żel, metodę współstrącania, metodę hydrotermalną i metodę solwotermalną, zwykle wymagana jest reakcja w fazie stałej lub spiekanie w fazie stałej w wysokiej temperaturze. Wynika to z faktu, że zasada działania baterii litowo-jonowej wymaga, aby materiał elektrody mógł wielokrotnie wprowadzać i usuwać Li+, więc jej struktura sieciowa musi mieć wystarczającą stabilność, co wymaga, aby krystaliczność materiałów aktywnych była wysoka, a struktura kryształu regularna. Jest to trudne do osiągnięcia w warunkach niskiej temperatury, więc materiały elektrod baterii litowo-jonowych faktycznie stosowanych obecnie są zasadniczo uzyskiwane poprzez reakcję w fazie stałej w wysokiej temperaturze.
Linia produkcyjna do przetwarzania materiałów katodowych obejmuje głównie system mieszania, system spiekania, system kruszenia, system mycia wodą (tylko o wysokiej zawartości niklu), system pakowania, system transportu proszku i inteligentny system sterowania.
Gdy proces mieszania na mokro jest stosowany w produkcji materiałów katodowych do baterii litowo-jonowych, często występują problemy z suszeniem. Różne rozpuszczalniki stosowane w procesie mieszania na mokro będą prowadzić do różnych procesów suszenia i urządzeń. Obecnie w procesie mieszania na mokro stosuje się głównie dwa rodzaje rozpuszczalników: rozpuszczalniki niewodne, a mianowicie rozpuszczalniki organiczne, takie jak etanol, aceton itp.; rozpuszczalnik wodny. Sprzęt suszący do mieszania na mokro materiałów katodowych baterii litowo-jonowych obejmuje głównie: suszarkę próżniową obrotową, suszarkę próżniową grabiową, suszarkę rozpyłową, suszarkę próżniową taśmową.
Przemysłowa produkcja materiałów katodowych do baterii litowo-jonowych zwykle przyjmuje proces syntezy spiekania w stanie stałym w wysokiej temperaturze, a jego rdzeniem i kluczowym wyposażeniem jest piec do spiekania. Surowce do produkcji materiałów katodowych do baterii litowo-jonowych są równomiernie mieszane i suszone, a następnie ładowane do pieca w celu spiekania, a następnie rozładowywane z pieca do procesu kruszenia i klasyfikacji. W przypadku produkcji materiałów katodowych bardzo ważne są wskaźniki techniczne i ekonomiczne, takie jak temperatura kontroli temperatury, jednorodność temperatury, kontrola i jednorodność atmosfery, ciągłość, zdolność produkcyjna, zużycie energii i stopień automatyzacji pieca. Obecnie głównym wyposażeniem do spiekania stosowanym w produkcji materiałów katodowych są piec pchający, piec rolkowy i piec dzwonowy.
◼ Piec walcowy jest średniej wielkości piecem tunelowym z ciągłym ogrzewaniem i spiekaniem.
◼ Ze względu na atmosferę pieca, podobnie jak piec przepychowy, piece rolkowe dzielą się na piece powietrzne i piece atmosferyczne.
- Piec powietrzny: stosowany głównie do spiekania materiałów wymagających atmosfery utleniającej, takich jak materiały z manganianem litu, materiały z tlenkiem litu i kobaltu, materiały trójskładnikowe itp.;
- Piec atmosferyczny: stosowany głównie do materiałów trójskładnikowych NCA, materiałów litowo-żelazowo-fosforanowych (LFP), materiałów anod grafitowych i innych materiałów spiekanych, które wymagają ochrony gazowej w postaci atmosfery (np. N2 lub O2).
◼ Piec rolkowy przyjmuje proces tarcia tocznego, więc długość pieca nie będzie zależała od siły napędowej. Teoretycznie może być nieskończona. Charakterystyka struktury wnęki pieca, lepsza spójność podczas wypalania produktów i duża struktura wnęki pieca bardziej sprzyjają ruchowi przepływu powietrza w piecu oraz odwodnieniu i odprowadzaniu gumy z produktów. Jest to preferowany sprzęt zastępujący piec pchający, aby naprawdę zrealizować produkcję na dużą skalę.
◼ Obecnie tlenek kobaltu litu, tlenek trójskładnikowy, manganian litu i inne materiały katodowe baterii litowo-jonowych są spiekane w piecu rolkowym z powietrzem, podczas gdy fosforan litowo-żelazowy jest spiekany w piecu rolkowym chronionym azotem, a NCA jest spiekany w piecu rolkowym chronionym tlenem.
Materiał elektrody ujemnej
Główne etapy podstawowego przepływu procesu sztucznego grafitu obejmują wstępną obróbkę, pirolizę, mielenie kulą, grafityzację (czyli obróbkę cieplną, tak aby pierwotnie nieuporządkowane atomy węgla były uporządkowane, oraz kluczowe ogniwa techniczne), mieszanie, powlekanie, mieszanie, przesiewanie, ważenie, pakowanie i magazynowanie. Wszystkie operacje są drobne i złożone.
◼ Granulację dzieli się na proces pirolizy oraz proces przesiewania w mieleniu kulowym.
W procesie pirolizy włóż materiał pośredni 1 do reaktora, zastąp powietrze w reaktorze N2, uszczelnij reaktor, podgrzej go elektrycznie zgodnie z krzywą temperatury, mieszaj w temperaturze 200 ~ 300 ℃ przez 1 ~ 3 godziny, a następnie kontynuuj podgrzewanie do 400 ~ 500 ℃, mieszaj, aby uzyskać materiał o wielkości cząstek 10 ~ 20 mm, obniż temperaturę i rozładuj, aby uzyskać materiał pośredni 2. Istnieją dwa rodzaje sprzętu używanego w procesie pirolizy, reaktor pionowy i sprzęt do ciągłej granulacji, z których oba mają tę samą zasadę. Oba mieszają lub poruszają się pod pewną krzywą temperatury, aby zmienić skład materiału oraz właściwości fizyczne i chemiczne w reaktorze. Różnica polega na tym, że kocioł pionowy jest trybem kombinowanym gorącego kotła i zimnego kotła. Składniki materiału w kotle są zmieniane przez mieszanie zgodnie z krzywą temperatury w gorącym kotle. Po zakończeniu jest on umieszczany w kotle chłodzącym w celu schłodzenia, a gorący kocioł może być zasilany. Urządzenia do granulacji ciągłej zapewniają ciągłą pracę przy niskim zużyciu energii i wysokiej wydajności.
◼ Karbonizacja i grafityzacja są nieodzowną częścią. Piec karbonizacyjny karbonizuje materiały w średnich i niskich temperaturach. Temperatura pieca karbonizacyjnego może osiągnąć 1600 stopni Celsjusza, co może sprostać potrzebom karbonizacji. Wysokoprecyzyjny inteligentny regulator temperatury i automatyczny system monitorowania PLC sprawią, że dane generowane w procesie karbonizacji będą dokładnie kontrolowane.
Piece grafityzacyjne, w tym piece poziome wysokotemperaturowe, piece z dolnym wylotem, piece pionowe itp., umieszczają grafit w gorącej strefie grafitu (środowisko zawierające węgiel) w celu spiekania i wytapiania, a temperatura w tym czasie może osiągnąć 3200 ℃.
◼ Powłoka
Materiał pośredni 4 jest transportowany do silosu za pomocą automatycznego systemu transportu, a materiał jest automatycznie napełniany do pudełka prometu przez manipulator. Automatyczny system transportu transportuje pudełko prometu do reaktora ciągłego (pieca walcowego) w celu powlekania. Uzyskaj materiał pośredni 5 (pod ochroną azotu materiał jest podgrzewany do 1150 ℃ zgodnie z pewną krzywą wzrostu temperatury przez 8~10h. Proces ogrzewania polega na ogrzewaniu sprzętu za pomocą elektryczności, a metoda ogrzewania jest pośrednia. Ogrzewanie zamienia wysokiej jakości asfalt na powierzchni cząstek grafitu w powłokę węgla pirolitycznego. Podczas procesu ogrzewania żywice w wysokiej jakości asfalcie kondensują się, a morfologia kryształu ulega przekształceniu (stan amorficzny przekształca się w stan krystaliczny). Na powierzchni naturalnych kulistych cząstek grafitu powstaje uporządkowana mikrokrystaliczna warstwa węgla, a na końcu uzyskuje się powlekany materiał podobny do grafitu o strukturze „rdzeń-powłoka”