Materiál katódy
Pri príprave anorganických elektródových materiálov pre lítium-iónové batérie sa najčastejšie používa vysokoteplotná reakcia v tuhom skupenstve. Vysokoteplotná reakcia v tuhom skupenstve: označuje proces, pri ktorom reaktanty vrátane látok v tuhom skupenstve reagujú určitý čas pri určitej teplote a prostredníctvom vzájomnej difúzie medzi rôznymi prvkami spôsobujú chemické reakcie, pričom vznikajú najstabilnejšie zlúčeniny pri určitej teplote, vrátane reakcie tuhá látka-tuhá látka, reakcie tuhá látka-plyn a reakcie tuhá látka-kvapalina.
Aj keď sa používa metóda sol-gél, koprecipitácia, hydrotermálna metóda a solvotermálna metóda, zvyčajne sa vyžaduje reakcia v tuhej fáze alebo spekanie v tuhej fáze pri vysokej teplote. Je to preto, že princíp fungovania lítium-iónovej batérie vyžaduje, aby jej elektródový materiál mohol opakovane vkladať a odoberať Li+, takže jej mriežková štruktúra musí mať dostatočnú stabilitu, čo si vyžaduje vysokú kryštalinitu aktívnych materiálov a pravidelnú kryštalickú štruktúru. To je ťažké dosiahnuť pri nízkych teplotách, takže elektródové materiály lítium-iónových batérií, ktoré sa v súčasnosti používajú, sa v podstate získavajú vysokoteplotnou reakciou v tuhej fáze.
Výrobná linka na spracovanie katódového materiálu zahŕňa hlavne miešací systém, spekací systém, drviaci systém, systém umývania vodou (iba s vysokým obsahom niklu), baliaci systém, systém dopravy prášku a inteligentný riadiaci systém.
Pri výrobe katódových materiálov pre lítium-iónové batérie sa často vyskytujú problémy so sušením. Rôzne rozpúšťadlá používané v procese mokrého miešania vedú k rôznym procesom sušenia a zariadeniam. V súčasnosti sa v procese mokrého miešania používajú hlavne dva druhy rozpúšťadiel: nevodné rozpúšťadlá, a to organické rozpúšťadlá, ako je etanol, acetón atď.; a vodné rozpúšťadlo. Sušiace zariadenia na mokré miešanie katódových materiálov lítium-iónových batérií zahŕňajú najmä: vákuovú rotačnú sušičku, vákuovú hrabľovú sušičku, rozprašovaciu sušičku a vákuovú pásovú sušičku.
Priemyselná výroba katódových materiálov pre lítium-iónové batérie zvyčajne využíva proces syntézy v pevnom skupenstve pri vysokých teplotách a jeho jadrom a kľúčovým zariadením je spekacia pec. Suroviny na výrobu katódových materiálov pre lítium-iónové batérie sa rovnomerne zmiešajú a sušia, potom sa vložia do pece na spekanie a z pece sa vyložia do procesu drvenia a triedenia. Pre výrobu katódových materiálov sú veľmi dôležité technické a ekonomické ukazovatele, ako je regulácia teploty, rovnomernosť teploty, regulácia a rovnomernosť atmosféry, kontinuita, výrobná kapacita, spotreba energie a stupeň automatizácie pece. V súčasnosti sú hlavnými spekacími zariadeniami používanými pri výrobe katódových materiálov tlačné pece, valcové pece a zvonové pece.
◼ Valcová pec je stredne veľká tunelová pec s kontinuálnym ohrevom a spekaním.
◼ Podľa atmosféry pece sa valcová pec, podobne ako tlačná pec, tiež delí na vzduchovú pec a atmosférickú pec.
- Vzduchová pec: používa sa hlavne na spekanie materiálov vyžadujúcich oxidačnú atmosféru, ako sú materiály s mangánom lítnym, materiály s oxidom lítnym a kobaltom, ternárne materiály atď.;
- Atmosférická pec: používa sa hlavne pre ternárne materiály NCA, materiály lítium-železité-fosfátové (LFP), grafitové anódové materiály a iné spekacie materiály, ktoré vyžadujú ochranu atmosférickým plynom (ako napríklad N2 alebo O2).
◼ Valcová pec využíva proces valivého trenia, takže dĺžka pece nie je ovplyvnená hnacou silou. Teoreticky môže byť nekonečná. Charakteristika štruktúry dutiny pece, lepšia konzistencia pri vypaľovaní produktov a veľká štruktúra dutiny pece lepšie prispievajú k pohybu prúdenia vzduchu v peci a k odvodňovaniu a vyprázdňovaniu produktov. Je to preferované zariadenie, ktoré nahrádza tlačnú pec na skutočnú realizáciu veľkovýroby.
◼ V súčasnosti sa oxid lítium-kobaltu, ternárny oxid, mangán lítium a ďalšie katódové materiály lítium-iónových batérií spekajú vo valcovej peci so vzduchom, zatiaľ čo fosforečnan lítium-železitý sa speká vo valcovej peci chránenej dusíkom a NCA sa speká vo valcovej peci chránenej kyslíkom.
Materiál zápornej elektródy
Hlavné kroky základného procesného toku umelého grafitu zahŕňajú predúpravu, pyrolýzu, mletie guľôčok, grafitizáciu (t. j. tepelné spracovanie, aby boli pôvodne neusporiadané atómy uhlíka usporiadané úhľadne a kľúčové technické prepojenia), miešanie, nanášanie, miešanie, triedenie, váženie, balenie a skladovanie. Všetky operácie sú jemné a zložité.
◼ Granulácia sa delí na proces pyrolýzy a proces triedenia v guľovom mlyne.
V procese pyrolýzy sa medziprodukt 1 vloží do reaktora, vzduch v reaktore sa nahradí N2, reaktor sa utesní, elektricky sa zahrieva podľa teplotnej krivky, mieša sa pri teplote 200 ~ 300 ℃ počas 1 ~ 3 hodín a potom sa pokračuje v zahrievaní na 400 ~ 500 ℃, mieša sa, kým sa nezíska materiál s veľkosťou častíc 10 ~ 20 mm, teplota sa zníži a medziprodukt sa vypustí, čím sa získa medziprodukt 2. V procese pyrolýzy sa používajú dva druhy zariadení: vertikálny reaktor a zariadenie na kontinuálnu granuláciu, ktoré majú rovnaký princíp. Obidva miešajú alebo sa pohybujú pod určitou teplotnou krivkou, aby sa zmenilo zloženie materiálu a jeho fyzikálne a chemické vlastnosti v reaktore. Rozdiel je v tom, že vertikálny kotol je kombinovaným režimom horúceho a studeného kotla. Zložky materiálu v kotli sa menia miešaním podľa teplotnej krivky v horúcom kotli. Po dokončení sa materiál vloží do chladiaceho kotla na ochladenie a horúci kotol sa môže napĺňať. Zariadenie na kontinuálnu granuláciu dosahuje nepretržitú prevádzku s nízkou spotrebou energie a vysokým výkonom.
◼ Karbonizácia a grafitizácia sú neoddeliteľnou súčasťou. Karbonizačná pec karbonizuje materiály pri stredných a nízkych teplotách. Teplota karbonizačnej pece môže dosiahnuť 1600 stupňov Celzia, čo spĺňa potreby karbonizácie. Vysoko presný inteligentný regulátor teploty a automatický monitorovací systém PLC zabezpečia presnú kontrolu údajov generovaných v procese karbonizácie.
Grafitizačná pec, vrátane horizontálnej vysokoteplotnej, s nižším výbojom, vertikálnej atď., umiestňuje grafit do grafitovej horúcej zóny (prostredie obsahujúce uhlík) na spekanie a tavenie a teplota počas tohto obdobia môže dosiahnuť 3200 ℃.
◼ Náter
Medziprodukt 4 sa prepravuje do sila pomocou automatického dopravného systému a manipulátor ho automaticky plní do prepravnej nádoby s promethium. Automatický dopravný systém prepravuje prepravnú nádobu s promethium do kontinuálneho reaktora (valcovej pece) na poťahovanie. Získa sa medziprodukt 5 (pod ochranou dusíka sa materiál zahrieva na 1150 ℃ podľa určitej krivky nárastu teploty počas 8 až 10 hodín). Proces ohrevu spočíva v ohrievaní zariadenia elektrickou energiou a metóda ohrevu je nepriama. Ohrev premieňa vysoko kvalitný asfalt na povrchu grafitových častíc na pyrolytický uhlíkový povlak. Počas procesu ohrevu živice vo vysoko kvalitnom asfalte kondenzujú a kryštalická morfológia sa mení (amorfný stav sa mení na kryštalický). Na povrchu prírodných sférických grafitových častíc sa vytvorí usporiadaná mikrokryštalická uhlíková vrstva a nakoniec sa získa potiahnutý grafitový materiál so štruktúrou „jadro-škrupina“.