Katodemateriale
Ved fremstilling af uorganiske elektrodematerialer til lithium-ion-batterier er højtemperatur-fastfasereaktion den mest almindeligt anvendte proces. Højtemperatur-fastfasereaktion: refererer til den proces, hvor reaktanterne, inklusive fastfasestoffer, reagerer i et bestemt tidsrum ved en bestemt temperatur og producerer kemiske reaktioner gennem gensidig diffusion mellem forskellige elementer for at producere de mest stabile forbindelser ved en bestemt temperatur, herunder faststof-faststof-reaktion, faststof-gas-reaktion og faststof-væske-reaktion.
Selv hvis sol-gel-metoden, samudfældningsmetoden, hydrotermisk metoden og solvotermisk metoden anvendes, kræves der normalt fastfasereaktion eller fastfasesintring ved høj temperatur. Dette skyldes, at et lithium-ion-batteris arbejdsprincip kræver, at elektrodematerialet gentagne gange kan indsætte og fjerne li+, så dets gitterstruktur skal have tilstrækkelig stabilitet, hvilket kræver, at de aktive materialers krystallinitet er høj, og krystalstrukturen skal være regelmæssig. Dette er vanskeligt at opnå under lave temperaturforhold, så de elektrodematerialer i lithium-ion-batterier, der faktisk anvendes i dag, er grundlæggende fremstillet gennem fastfasereaktion ved høj temperatur.
Produktionslinjen til katodematerialeforarbejdning omfatter hovedsageligt blandesystem, sintringssystem, knusningssystem, vandvaskesystem (kun højt nikkelindhold), emballagesystem, pulvertransportsystem og intelligent styresystem.
Når vådblandingsproces anvendes i produktionen af katodematerialer til lithium-ion-batterier, opstår der ofte tørringsproblemer. Forskellige opløsningsmidler, der anvendes i vådblandingsprocessen, vil føre til forskellige tørreprocesser og -udstyr. I øjeblikket anvendes der primært to slags opløsningsmidler i vådblandingsprocessen: ikke-vandige opløsningsmidler, nemlig organiske opløsningsmidler såsom ethanol, acetone osv.; og vandbaseret opløsningsmiddel. Tørreudstyret til vådblanding af katodematerialer til lithium-ion-batterier omfatter primært: vakuumrotationstørrer, vakuumrivetørrer, spraytørrer og vakuumbåndtørrer.
Industriel produktion af katodematerialer til lithium-ion-batterier anvender normalt højtemperatur faststofsintringssynteseproces, og dens kerne- og nøgleudstyr er sintringsovne. Råmaterialerne til produktion af katodematerialer til lithium-ion-batterier blandes ensartet og tørres, fyldes derefter i ovnen til sintring og aflæsses derefter fra ovnen til knusnings- og klassificeringsprocessen. Til produktion af katodematerialer er de tekniske og økonomiske indikatorer såsom temperaturkontroltemperatur, temperaturensartethed, atmosfærekontrol og ensartethed, kontinuitet, produktionskapacitet, energiforbrug og automatiseringsgrad af ovnen meget vigtige. I øjeblikket er det vigtigste sintringsudstyr, der anvendes til produktion af katodematerialer, skubbeovne, rulleovne og klokkeovne.
◼ Rulleovnen er en mellemstor tunnelovn med kontinuerlig opvarmning og sintring.
◼ I henhold til ovnatmosfæren er rulleovnen, ligesom skubbeovnen, også opdelt i luftovn og atmosfæreovn.
- Luftovn: anvendes hovedsageligt til sintring af materialer, der kræver oxiderende atmosfære, såsom lithiummanganatmaterialer, lithiumkoboltoxidmaterialer, ternære materialer osv.
- Atmosfæreovn: Anvendes hovedsageligt til NCA-ternære materialer, lithiumjernfosfat (LFP)-materialer, grafitanodematerialer og andre sintringsmaterialer, der kræver beskyttelse mod atmosfæregas (såsom N2 eller O2).
◼ Rulleovnen anvender rullefriktion, så ovnens længde ikke påvirkes af fremdriftskraften. Teoretisk set kan den være uendelig. Ovnens kavitetsstruktur, bedre konsistens ved affyring af produkter og den store kavitetsstruktur er mere befordrende for luftstrømmen i ovnen samt dræning og gummiudledning af produkter. Det er det foretrukne udstyr til at erstatte skubbeovnen for virkelig at realisere storskalaproduktion.
◼ I øjeblikket sintres lithiumkoboltoxid, ternært lithiummanganat og andre katodematerialer i lithium-ion-batterier i en luftvalseovn, mens lithiumjernfosfat sintres i en valseovn beskyttet af nitrogen, og NCA sintres i en valseovn beskyttet af ilt.
Negativt elektrodemateriale
De vigtigste trin i den grundlæggende procesflow for kunstig grafit omfatter forbehandling, pyrolyse, slibekugle, grafitisering (dvs. varmebehandling, så de oprindeligt uordnede kulstofatomer er pænt arrangeret, og de vigtigste tekniske forbindelser), blanding, belægning, blanding, sigtning, vejning, emballering og oplagring. Alle operationer er fine og komplekse.
◼ Granulering er opdelt i pyrolyseprocessen og kugleformalingssigtningsprocessen.
I pyrolyseprocessen anbringes mellemmateriale 1 i reaktoren, luften i reaktoren erstattes med N2, reaktoren forsegles, den opvarmes elektrisk i henhold til temperaturkurven, omrøres ved 200 ~ 300 ℃ i 1 ~ 3 timer, og derefter fortsættes opvarmningen til 400 ~ 500 ℃, omrøres for at få et materiale med en partikelstørrelse på 10 ~ 20 mm, sænker temperaturen og udleder det for at få mellemmateriale 2. Der er to typer udstyr, der anvendes i pyrolyseprocessen, vertikal reaktor og kontinuerlig granuleringsudstyr, som begge har samme princip. De omrører eller bevæger sig begge under en bestemt temperaturkurve for at ændre materialesammensætningen og de fysiske og kemiske egenskaber i reaktoren. Forskellen er, at den vertikale kedel er en kombination af varm kedel og kold kedel. Materialekomponenterne i kedlen ændres ved omrøring i henhold til temperaturkurven i den varme kedel. Efter færdiggørelse anbringes det i kølekedlen til afkøling, og den varme kedel kan tilføres. Kontinuerligt granuleringsudstyr opnår kontinuerlig drift med lavt energiforbrug og høj ydelse.
◼ Karbonisering og grafitisering er en uundværlig del. Karboniseringsovnen karboniserer materialerne ved mellemstore og lave temperaturer. Temperaturen i karboniseringsovnen kan nå 1600 grader Celsius, hvilket kan opfylde behovene for karbonisering. Den højpræcise intelligente temperaturregulator og det automatiske PLC-overvågningssystem vil sikre nøjagtig styring af de data, der genereres i karboniseringsprocessen.
Grafitiseringsovne, inklusive horisontale højtemperaturovne, lavere udledningsovne, vertikale ovne osv., placerer grafiten i en grafitvarm zone (kulstofholdigt miljø) til sintring og smeltning, og temperaturen i denne periode kan nå 3200 ℃.
◼ Belægning
Mellemmaterialet 4 transporteres til siloen gennem det automatiske transportsystem, og materialet fyldes automatisk i kassen med promethium af manipulatoren. Det automatiske transportsystem transporterer kassen med promethium til den kontinuerlige reaktor (valseovn) til belægning. Mellemmaterialet 5 (under beskyttelse af nitrogen) opvarmes til 1150 ℃ i henhold til en bestemt temperaturstigningskurve i 8~10 timer). Opvarmningsprocessen består i at opvarme udstyret via elektricitet, og opvarmningsmetoden er indirekte. Opvarmningen omdanner asfalt af høj kvalitet på overfladen af grafitpartikler til pyrolytisk kulstofbelægning. Under opvarmningsprocessen kondenseres harpikserne i asfalten af høj kvalitet, og krystalmorfologien transformeres (amorf tilstand omdannes til krystallinsk tilstand). Et ordnet mikrokrystallinsk kulstoflag dannes på overfladen af naturlige sfæriske grafitpartikler, og til sidst opnås et belagt grafitlignende materiale med en "kerne-skal"-struktur.