Katodni materijal
U pripremi neorganskih elektrodnih materijala za litijum-jonske baterije, najčešće se koristi reakcija u čvrstom stanju na visokoj temperaturi. Reakcija u čvrstom stanju na visokoj temperaturi: odnosi se na proces u kojem reaktanti, uključujući supstance u čvrstoj fazi, reaguju tokom određenog vremenskog perioda na određenoj temperaturi i proizvode hemijske reakcije putem međusobne difuzije između različitih elemenata kako bi se proizveli najstabilniji spojevi na određenoj temperaturi, uključujući reakciju čvrsto-čvrsto, reakciju čvrsto-gas i reakciju čvrsto-tečno.
Čak i ako se koriste sol-gel metoda, metoda koprecipitacije, hidrotermalna metoda i solvotermalna metoda, obično je potrebna reakcija u čvrstom stanju ili sinterovanje u čvrstom stanju na visokoj temperaturi. To je zato što princip rada litijum-jonske baterije zahtijeva da materijal elektrode može više puta ubacivati i uklanjati Li+, tako da njena rešetkasta struktura mora imati dovoljnu stabilnost, što zahtijeva da kristalnost aktivnih materijala bude visoka, a kristalna struktura pravilna. To je teško postići pod uslovima niskih temperatura, tako da se materijali elektroda litijum-jonskih baterija koji se trenutno koriste u osnovi dobijaju reakcijom u čvrstom stanju na visokim temperaturama.
Proizvodna linija za obradu katodnog materijala uglavnom uključuje sistem miješanja, sistem sinterovanja, sistem drobljenja, sistem pranja vodom (samo sa visokim sadržajem nikla), sistem pakovanja, sistem transporta praha i inteligentni sistem upravljanja.
Kada se proces mokrog miješanja koristi u proizvodnji katodnih materijala za litijum-jonske baterije, često se javljaju problemi sa sušenjem. Različiti rastvarači koji se koriste u procesu mokrog miješanja dovest će do različitih procesa i opreme za sušenje. Trenutno se uglavnom koriste dvije vrste rastvarača u procesu mokrog miješanja: nevodeni rastvarači, i to organski rastvarači kao što su etanol, aceton itd.; vodeni rastvarač. Oprema za sušenje za mokro miješanje katodnih materijala litijum-jonskih baterija uglavnom uključuje: vakuumsku rotacijsku sušilicu, vakuumsku sušilicu s grabljama, sušilicu raspršivanjem i vakuumsku trakastu sušilicu.
Industrijska proizvodnja katodnih materijala za litijum-jonske baterije obično usvaja proces sinteze sinterovanjem u čvrstom stanju na visokim temperaturama, a njegova osnovna i ključna oprema je peć za sinterovanje. Sirovine za proizvodnju katodnih materijala za litijum-jonske baterije se ravnomjerno miješaju i suše, zatim se utovaruju u peć za sinterovanje, a potom se iz peći istovaruju u proces drobljenja i klasifikacije. Za proizvodnju katodnih materijala, tehnički i ekonomski pokazatelji kao što su temperatura kontrole temperature, ujednačenost temperature, kontrola i ujednačenost atmosfere, kontinuitet, proizvodni kapacitet, potrošnja energije i stepen automatizacije peći su veoma važni. Trenutno, glavna oprema za sinterovanje koja se koristi u proizvodnji katodnih materijala su peć za potiskivanje, valjkasta peć i peć sa staklenim zvonom.
◼ Valjkasta peć je tunelska peć srednje veličine s kontinuiranim zagrijavanjem i sinteriranjem.
◼ Prema atmosferi peći, kao i potisna peć, valjkasta peć se također dijeli na zračnu peć i atmosfersku peć.
- Zračna peć: uglavnom se koristi za sinterovanje materijala koji zahtijevaju oksidacijsku atmosferu, kao što su materijali od litijum manganata, materijali od litijum kobalt oksida, ternarni materijali itd.;
- Atmosferska peć: uglavnom se koristi za NCA ternarne materijale, litijum-željezo-fosfatne (LFP) materijale, grafitne anodne materijale i druge materijale za sinterovanje kojima je potrebna zaštita od atmosferskog gasa (kao što su N2 ili O2).
◼ Valjkasta peć usvaja proces trenja kotrljanja, tako da dužina peći neće biti pogođena pogonskom silom. Teoretski, može biti beskonačna. Karakteristike strukture šupljine peći, bolja konzistentnost pri pečenju proizvoda i velika struktura šupljine peći pogoduju kretanju protoka zraka u peći i drenaži i pražnjenju proizvoda. To je poželjna oprema koja zamjenjuje potisnu peć kako bi se zaista ostvarila proizvodnja velikih razmjera.
◼ Trenutno se litijum kobalt oksid, ternarni, litijum manganat i drugi katodni materijali litijum-jonskih baterija sinteruju u valjkastoj peći sa vazdušnim punjenjem, dok se litijum gvožđe fosfat sinteruje u valjkastoj peći zaštićenoj azotom, a NCA se sinteruje u valjkastoj peći zaštićenoj kiseonikom.
Materijal negativne elektrode
Glavni koraci osnovnog procesnog toka vještačkog grafita uključuju prethodnu obradu, pirolizu, mljevenje kuglom, grafitizaciju (tj. termičku obradu, tako da su prvobitno neuređeni atomi ugljika uredno raspoređeni i ključne tehničke veze), miješanje, premazivanje, miješanje, prosijavanje, vaganje, pakiranje i skladištenje. Sve operacije su fine i složene.
◼ Granulacija se dijeli na proces pirolize i proces prosijavanja kugličnim mljevenjem.
U procesu pirolize, međuprodukt 1 se stavlja u reaktor, zrak u reaktoru se zamjenjuje s N2, reaktor se zatvara, električno se zagrijava prema temperaturnoj krivulji, miješa se na 200 ~ 300 ℃ tokom 1~3 sata, a zatim se nastavlja zagrijavanje do 400 ~ 500 ℃, miješa se dok se ne dobije materijal veličine čestica od 10 ~ 20 mm, snižava se temperatura i ispušta se da bi se dobio međuprodukt 2. Postoje dvije vrste opreme koje se koriste u procesu pirolize, vertikalni reaktor i oprema za kontinuiranu granulaciju, a obje imaju isti princip. Obje se miješaju ili kreću pod određenom temperaturnom krivuljom kako bi se promijenio sastav materijala te fizička i hemijska svojstva u reaktoru. Razlika je u tome što je vertikalni kotao kombinacija vrućeg i hladnog kotla. Komponente materijala u kotlu se mijenjaju miješanjem prema temperaturnoj krivulji u vrućem kotlu. Nakon završetka, stavlja se u rashladni kotao radi hlađenja, a vrući kotao se može napajati. Oprema za kontinuiranu granulaciju ostvaruje kontinuirani rad, s niskom potrošnjom energije i visokim učinkom.
◼ Karbonizacija i grafitizacija su neizostavan dio. Peć za karbonizaciju karbonizira materijale na srednjim i niskim temperaturama. Temperatura peći za karbonizaciju može doseći 1600 stepeni Celzijusa, što zadovoljava potrebe karbonizacije. Visokoprecizni inteligentni regulator temperature i automatski PLC sistem za praćenje omogućit će preciznu kontrolu podataka generiranih u procesu karbonizacije.
Grafitizacijska peć, uključujući horizontalnu peć za visoku temperaturu, peć s donjim pražnjenjem, vertikalnu peć itd., postavlja grafit u vruću zonu grafita (okruženje koje sadrži ugljik) za sinterovanje i topljenje, a temperatura tokom ovog perioda može doseći 3200 ℃.
◼ Premaz
Međuprodukt 4 se transportuje do silosa putem automatskog transportnog sistema, a materijal se automatski puni u kutiju prometeja pomoću manipulatora. Automatski transportni sistem transportuje kutiju prometeja do kontinuiranog reaktora (valjaste peći) za premazivanje. Dobija se međuprodukt 5 (pod zaštitom azota, materijal se zagrijava na 1150 ℃ prema određenoj krivulji porasta temperature tokom 8~10 sati. Proces zagrijavanja se sastoji od zagrijavanja opreme električnom energijom, a metoda zagrijavanja je indirektna. Zagrijavanje pretvara visokokvalitetni asfalt na površini grafitnih čestica u pirolitičku prevlaku od ugljika. Tokom procesa zagrijavanja, smole u visokokvalitetnom asfaltu se kondenzuju, a kristalna morfologija se transformiše (amorfno stanje se transformiše u kristalno stanje). Na površini prirodnih sfernih grafitnih čestica formira se uređeni mikrokristalni sloj ugljika, i na kraju se dobija obloženi materijal sličan grafitu sa strukturom "jezgro-ljuska".