Katód anyaga
A lítium-ion akkumulátorok szervetlen elektródaanyagainak előállítása során a leggyakrabban alkalmazott módszer a magas hőmérsékletű szilárd fázisú reakció. Magas hőmérsékletű szilárd fázisú reakció: az a folyamat, amelyben a reagensek, beleértve a szilárd fázisú anyagokat is, egy bizonyos hőmérsékleten egy ideig reagálnak, és a különböző elemek kölcsönös diffúziója révén kémiai reakciókat hoznak létre, így egy bizonyos hőmérsékleten a legstabilabb vegyületeket hozzák létre, beleértve a szilárd-szilárd reakciót, a szilárd-gáz reakciót és a szilárd-folyadék reakciót.
Még ha szol-gél módszert, koprecipitációs módszert, hidrotermikus módszert és szolvotermikus módszert alkalmaznak is, általában szilárd fázisú reakcióra vagy szilárd fázisú szinterezésre van szükség magas hőmérsékleten. Ez azért van, mert a lítium-ion akkumulátor működési elve megköveteli, hogy az elektróda anyaga ismételten lítium-ionokat tudjon be- és kivenni, ezért a rácsszerkezetének kellően stabilnak kell lennie, ami megköveteli, hogy az aktív anyagok kristályossága magas legyen, a kristályszerkezet pedig szabályos. Ezt nehéz elérni alacsony hőmérsékleti körülmények között, ezért a jelenleg használt lítium-ion akkumulátorok elektródaanyagait alapvetően magas hőmérsékletű szilárd fázisú reakcióval állítják elő.
A katódanyag-feldolgozó gyártósor főként keverőrendszert, szinterezőrendszert, zúzórendszert, vízmosó rendszert (csak magas nikkeltartalmú), csomagolórendszert, porszállító rendszert és intelligens vezérlőrendszert tartalmaz.
Amikor a lítium-ion akkumulátorok katódanyagainak előállításánál nedves keverési eljárást alkalmaznak, gyakran szárítási problémák merülnek fel. A nedves keverési eljárásban használt különböző oldószerek eltérő szárítási eljárásokat és berendezéseket eredményeznek. Jelenleg a nedves keverési eljárásban főként kétféle oldószert használnak: nem vizes oldószereket, nevezetesen szerves oldószereket, például etanolt, acetont stb.; és víz oldószert. A lítium-ion akkumulátorok katódanyagainak nedves keveréséhez használt szárítóberendezések főként a következők: vákuumos forgó szárító, vákuumos gereblyés szárító, szórószárító és vákuumos szalagszárító.
A lítium-ion akkumulátorok katódanyagainak ipari előállítása általában magas hőmérsékletű szilárdtest szinterezési szintézis eljárást alkalmaz, amelynek központi és kulcsfontosságú berendezése a szinterelő kemence. A lítium-ion akkumulátorok katódanyagainak előállításához szükséges alapanyagokat egyenletesen összekeverik és szárítják, majd szinterezés céljából a kemencébe töltik, végül pedig a zúzás és osztályozás folyamatába veszik át. A katódanyagok előállításánál nagyon fontosak a műszaki és gazdasági mutatók, mint például a hőmérséklet-szabályozás, a hőmérséklet egyenletessége, a légkör szabályozása és egyenletessége, a folyamatosság, a termelési kapacitás, az energiafogyasztás és a kemence automatizálási foka. Jelenleg a katódanyagok előállításában használt fő szinterelő berendezések a toló kemence, a görgős kemence és a harang alakú kemence.
◼ A hengerkemence egy közepes méretű alagútkemence folyamatos fűtéssel és szintereléssel.
◼ A kemence légköre szerint, a tolókemencéhez hasonlóan, a hengerkemencét is levegős és atmoszférikus kemencére osztják.
- Légkemencében: főként oxidáló atmoszférát igénylő anyagok, például lítium-manganát anyagok, lítium-kobalt-oxid anyagok, háromkomponensű anyagok stb. szintereléséhez használják;
- Atmoszférikus kemence: főként NCA háromkomponensű anyagokhoz, lítium-vas-foszfát (LFP) anyagokhoz, grafit anódanyagokhoz és más, atmoszférikus (például N2 vagy O2) gázvédelmet igénylő szinterelhető anyagokhoz használják.
◼ A görgős kemence gördülő súrlódásos eljárást alkalmaz, így a kemence hosszát nem befolyásolja a meghajtóerő. Elméletileg végtelen lehet. A kemenceüreg-szerkezet jellemzői, a termékek égetésekor a jobb konzisztencia, valamint a nagy kemenceüreg-szerkezet jobban elősegíti a levegő áramlását a kemencében, valamint a termékek elvezetését és gumiürítését. Ez a tolókemencék helyettesítésére szolgáló előnyös berendezés a valóban nagyüzemi termelés megvalósításához.
◼ Jelenleg a lítium-ion akkumulátorok lítium-kobalt-oxidját, háromkomponensű vegyületét, lítium-manganátját és egyéb katódanyagait levegős hengerkemencében szinterelik, míg a lítium-vas-foszfátot nitrogénnel védett hengerkemencében, az NCA-t pedig oxigénnel védett hengerkemencében szinterelik.
Negatív elektróda anyaga
A mesterséges grafit alapvető folyamatának főbb lépései közé tartozik az előkezelés, a pirolízis, az őrlőgolyó, a grafitizálás (azaz a hőkezelés, amelynek során az eredetileg rendezetlen szénatomok szépen elrendeződnek, és a kulcsfontosságú műszaki elemeket is tartalmazzák), a keverés, a bevonás, a keverés, a szitálás, a mérés, a csomagolás és a raktározás. Minden művelet finom és összetett.
◼ A granulálás pirolízis eljárásra és golyósőrléses szitálási eljárásra oszlik.
A pirolízis folyamatában az 1. intermedier anyagot a reaktorba helyezik, a reaktorban lévő levegőt N2-vel cserélik ki, a reaktort lezárják, elektromosan melegítik a hőmérsékleti görbe szerint, 200 ~ 300 ℃-on 1-3 órán át keverik, majd folytassák a melegítést 400 ~ 500 ℃-ra, keverik, amíg 10 ~ 20 mm szemcseméretű anyagot kapnak, csökkentik a hőmérsékletet és kiürítik, hogy megkapják a 2. intermedier anyagot. A pirolízis folyamatban kétféle berendezést használnak, a függőleges reaktort és a folyamatos granuláló berendezést, amelyek mindegyike ugyanazon az elven működik. Mindkettő egy bizonyos hőmérsékleti görbe alatt keveri vagy mozgatja az anyagot, hogy megváltoztassa az anyag összetételét, valamint a fizikai és kémiai tulajdonságait a reaktorban. A különbség az, hogy a függőleges reaktor a forró és a hideg reaktor kombinációja. Az üstben lévő anyagösszetevők a forró üst hőmérsékleti görbéjének megfelelően változnak. A folyamat befejezése után a hűtőüstbe helyezik hűtésre, és a forró üstbe betáplálható. A folyamatos granuláló berendezés folyamatos működést biztosít, alacsony energiafogyasztással és nagy teljesítménnyel.
◼ A karbonizálás és a grafitizálás nélkülözhetetlen részei. A karbonizáló kemence közepes és alacsony hőmérsékleten karbonizálja az anyagokat. A karbonizáló kemence hőmérséklete elérheti az 1600 Celsius-fokot, ami kielégíti a karbonizálás igényeit. A nagy pontosságú intelligens hőmérséklet-szabályozó és az automatikus PLC felügyeleti rendszer lehetővé teszi a karbonizálási folyamat során keletkező adatok pontos szabályozását.
A grafitizáló kemence, beleértve a vízszintes magas hőmérsékletű, az alacsony kiömlésű és a függőleges kemencéket, grafitot helyez a grafit forró zónájába (széntartalmú környezet) szintereléshez és olvasztáshoz, és a hőmérséklet ebben az időszakban elérheti a 3200 ℃-ot.
◼ Bevonat
A 4-es köztes anyagot az automatikus szállítórendszer szállítja a silóba, és a manipulátor automatikusan betölti az anyagot a promécium dobozba. Az automatikus szállítórendszer a promécium dobozt a folyamatos reaktorba (hengeres kemencébe) szállítja bevonásra. Az 5-ös köztes anyagot nitrogén védelme alatt 1150 ℃-ra melegítik egy bizonyos hőmérséklet-emelkedési görbe szerint 8-10 órán át. A melegítési folyamat a berendezés elektromos árammal történő melegítéséből áll, a melegítési módszer pedig közvetett. A melegítés a grafitrészecskék felületén lévő kiváló minőségű aszfaltot pirolitikus szénbevonattá alakítja. A melegítési folyamat során a kiváló minőségű aszfaltban lévő gyanták kondenzálódnak, és a kristálymorfológia átalakul (az amorf állapot kristályos állapotba alakul). A természetes gömb alakú grafitrészecskék felületén rendezett mikrokristályos szénréteg alakul ki, és végül egy bevont, grafitszerű anyagot kapunk, amelynek "mag-héj" szerkezete van.