Material catodic
În prepararea materialelor electrodice anorganice pentru bateriile litiu-ion, reacția în stare solidă la temperatură înaltă este cea mai frecvent utilizată. Reacția în fază solidă la temperatură înaltă: se referă la procesul prin care reactanții, inclusiv substanțele în fază solidă, reacționează pentru o perioadă de timp la o anumită temperatură și produc reacții chimice prin difuzia reciprocă între diferite elemente pentru a produce cei mai stabili compuși la o anumită temperatură, inclusiv reacția solid-solid, reacția solid-gaz și reacția solid-lichid.
Chiar dacă se utilizează metoda sol-gel, metoda de coprecipitare, metoda hidrotermală și metoda solvotermală, este de obicei necesară reacția în fază solidă sau sinterizarea în fază solidă la temperatură înaltă. Acest lucru se datorează faptului că principiul de funcționare al bateriei litiu-ion impune ca materialul electrodului său să poată introduce și elimina Li+ în mod repetat, astfel încât structura sa reticulară trebuie să aibă o stabilitate suficientă, ceea ce impune ca cristalinitatea materialelor active să fie ridicată, iar structura cristalină să fie regulată. Acest lucru este dificil de realizat în condiții de temperatură scăzută, așadar materialele electrozilor bateriilor litiu-ion utilizate în prezent sunt obținute practic prin reacții în stare solidă la temperatură înaltă.
Linia de producție pentru prelucrarea materialelor catodice include în principal un sistem de amestecare, un sistem de sinterizare, un sistem de concasare, un sistem de spălare cu apă (doar cu conținut ridicat de nichel), un sistem de ambalare, un sistem de transport al pulberii și un sistem inteligent de control.
Atunci când procesul de amestecare umedă este utilizat în producția de materiale catodice pentru bateriile litiu-ion, se întâlnesc adesea probleme de uscare. Solvenții diferiți utilizați în procesul de amestecare umedă vor duce la procese și echipamente de uscare diferite. În prezent, există în principal două tipuri de solvenți utilizați în procesul de amestecare umedă: solvenți neapoși, și anume solvenți organici, cum ar fi etanolul, acetona etc.; solvent apos. Echipamentul de uscare pentru amestecarea umedă a materialelor catodice ale bateriilor litiu-ion include în principal: uscător rotativ în vid, uscător cu greblă în vid, uscător prin pulverizare, uscător cu bandă în vid.
Producția industrială de materiale catodice pentru bateriile litiu-ion utilizează de obicei un proces de sinteză prin sinterizare în stare solidă la temperatură înaltă, iar echipamentul principal este cuptorul de sinterizare. Materiile prime pentru producerea de materiale catodice pentru baterii litiu-ion sunt amestecate uniform și uscate, apoi încărcate în cuptor pentru sinterizare și apoi descărcate din cuptor în procesul de concasare și clasificare. Pentru producerea de materiale catodice, indicatorii tehnici și economici, cum ar fi temperatura de control al temperaturii, uniformitatea temperaturii, controlul și uniformitatea atmosferei, continuitatea, capacitatea de producție, consumul de energie și gradul de automatizare al cuptorului, sunt foarte importanți. În prezent, principalele echipamente de sinterizare utilizate în producția de materiale catodice sunt cuptorul împingător, cuptorul cu role și cuptorul cu clopot de sticlă.
◼ Cuptorul cu role este un cuptor tunel de dimensiuni medii cu încălzire și sinterizare continuă.
În funcție de atmosfera cuptorului, la fel ca cuptorul cu împingere, cuptorul cu role se împarte în cuptor cu aer și cuptor cu atmosferă.
- Cuptor cu aer: utilizat în principal pentru sinterizarea materialelor care necesită atmosferă oxidantă, cum ar fi materialele cu manganat de litiu, materialele cu oxid de litiu și cobalt, materialele ternare etc.;
- Cuptor cu atmosferă: utilizat în principal pentru materiale ternare NCA, materiale cu fosfat de litiu și fier (LFP), materiale anodice de grafit și alte materiale de sinterizare care necesită protecție atmosferică (cum ar fi N2 sau O2).
◼ Cuptorul cu role adoptă un proces de frecare prin rostogolire, astfel încât lungimea cuptorului nu va fi afectată de forța de propulsie. Teoretic, aceasta poate fi infinită. Caracteristicile structurii cavității cuptorului, o consistență mai bună la arderea produselor și o structură mare a cavității cuptorului sunt mai favorabile mișcării fluxului de aer în cuptor și drenajului și descărcării cauciucului produselor. Este echipamentul preferat pentru a înlocui cuptorul împingător și a realiza cu adevărat producția la scară largă.
În prezent, oxidul de litiu și cobalt, ternarul, manganatul de litiu și alte materiale catodice ale bateriilor litiu-ion sunt sinterizate într-un cuptor cu role cu aer, în timp ce fosfatul de litiu și fier este sinterizat într-un cuptor cu role protejat cu azot, iar NCA este sinterizat într-un cuptor cu role protejat cu oxigen.
Materialul electrodului negativ
Principalele etape ale fluxului de bază al procesului de fabricare a grafitului artificial includ pretratarea, piroliza, măcinarea cu bile, grafitizarea (adică tratamentul termic, astfel încât atomii de carbon inițial dezordonați să fie aranjați ordonat și legăturile tehnice cheie), amestecarea, acoperirea, amestecarea, cernerea, cântărirea, ambalarea și depozitarea. Toate operațiunile sunt fine și complexe.
◼ Granularea este împărțită în procesul de piroliză și procesul de cernere cu măcinare cu bile.
În procesul de piroliză, se introduce materialul intermediar 1 în reactor, se înlocuiește aerul din reactor cu N2, se etanșează reactorul, se încălzește electric conform curbei de temperatură, se agită la 200 ~ 300 ℃ timp de 1~3 ore, apoi se continuă încălzirea la 400 ~ 500 ℃, se agită pentru a obține material cu dimensiunea particulelor de 10 ~ 20 mm, se reduce temperatura și se descarcă pentru a obține materialul intermediar 2. Există două tipuri de echipamente utilizate în procesul de piroliză, reactorul vertical și echipamentul de granulare continuă, ambele având același principiu. Ambele amestecă sau se mișcă sub o anumită curbă de temperatură pentru a modifica compoziția materialului și proprietățile fizice și chimice din reactor. Diferența constă în faptul că cazanul vertical este o combinație între cazanul cald și cazanul rece. Componentele materialului din cazan sunt modificate prin agitare conform curbei de temperatură din cazanul cald. După finalizare, materialul este introdus în cazanul de răcire pentru răcire, iar acesta poate fi alimentat. Echipamentul de granulare continuă realizează o funcționare continuă, cu un consum redus de energie și un randament ridicat.
◼ Carbonizarea și grafitizarea sunt o parte indispensabilă. Cuptorul de carbonizare carbonizează materialele la temperaturi medii și joase. Temperatura cuptorului de carbonizare poate atinge 1600 de grade Celsius, ceea ce poate satisface nevoile de carbonizare. Controlerul inteligent de temperatură de înaltă precizie și sistemul automat de monitorizare PLC vor face ca datele generate în procesul de carbonizare să fie controlate cu precizie.
Cuptorul de grafitizare, inclusiv cel orizontal la temperatură înaltă, cu descărcare redusă, vertical etc., plasează grafitul în zona fierbinte a grafitului (mediu care conține carbon) pentru sinterizare și topire, iar temperatura în această perioadă poate atinge 3200 ℃.
◼ Acoperire
Materialul intermediar 4 este transportat la siloz prin sistemul automat de transport, iar materialul este introdus automat în cutia de prometiu de către manipulator. Sistemul automat de transport transportă cutia de prometiu la reactorul continuu (cuptorul cu role) pentru acoperire. Obțineți materialul intermediar 5 (sub protecția azotului, materialul este încălzit la 1150 ℃ conform unei anumite curbe de creștere a temperaturii timp de 8~10 ore). Procesul de încălzire constă în încălzirea echipamentului prin electricitate, iar metoda de încălzire este indirectă. Încălzirea transformă asfaltul de înaltă calitate de pe suprafața particulelor de grafit într-un strat de carbon pirolitic. În timpul procesului de încălzire, rășinile din asfaltul de înaltă calitate se condensează, iar morfologia cristalină se transformă (starea amorfă se transformă în stare cristalină). Pe suprafața particulelor sferice naturale de grafit se formează un strat de carbon microcristalin ordonat, iar în final se obține un material acoperit asemănător grafitului cu o structură „miez-coajă”.