Materiál katody
Při přípravě anorganických elektrodových materiálů pro lithium-iontové baterie se nejčastěji používá vysokoteplotní reakce v pevné fázi. Vysokoteplotní reakce v pevné fázi: označuje proces, při kterém reaktanty, včetně látek v pevné fázi, reagují po určitou dobu při určité teplotě a vzájemnou difúzí mezi různými prvky vyvolávají chemické reakce za vzniku nejstabilnějších sloučenin při určité teplotě, včetně reakcí pevná látka-pevná látka, reakce pevná látka-plyn a reakce pevná látka-kapalina.
I když se používá sol-gelová metoda, koprecipitační metoda, hydrotermální metoda a solvotermální metoda, obvykle je nutná reakce v pevné fázi nebo slinování v pevné fázi při vysoké teplotě. Je to proto, že princip fungování lithium-iontové baterie vyžaduje, aby její elektrodový materiál mohl opakovaně vkládat a odstraňovat Li+, takže její mřížková struktura musí mít dostatečnou stabilitu, což vyžaduje vysokou krystalinitu aktivních materiálů a pravidelnou krystalovou strukturu. Toho je obtížné dosáhnout za nízkých teplot, takže elektrodové materiály lithium-iontových baterií, které se v současnosti používají, se v podstatě získávají vysokoteplotní reakcí v pevné fázi.
Výrobní linka pro zpracování katodového materiálu zahrnuje především míchací systém, spékací systém, drticí systém, systém promývání vodou (pouze s vysokým obsahem niklu), balicí systém, systém dopravy prášku a inteligentní řídicí systém.
Pokud se při výrobě katodových materiálů pro lithium-iontové baterie používá proces mokrého míchání, často se vyskytují problémy se sušením. Různá rozpouštědla používaná v procesu mokrého míchání vedou k různým sušicím procesům a zařízením. V současné době se v procesu mokrého míchání používají hlavně dva druhy rozpouštědel: nevodná rozpouštědla, a to organická rozpouštědla, jako je ethanol, aceton atd.; a voda. Sušicí zařízení pro mokré míchání katodových materiálů pro lithium-iontové baterie zahrnuje zejména: vakuovou rotační sušárnu, vakuovou hrablovou sušárnu, rozprašovací sušárnu a vakuovou pásovou sušárnu.
Průmyslová výroba katodových materiálů pro lithium-iontové baterie obvykle využívá vysokoteplotní proces slinování v pevné fázi a jeho základním a klíčovým zařízením je slinovací pec. Suroviny pro výrobu katodových materiálů pro lithium-iontové baterie se rovnoměrně smíchají a vysuší, poté se vloží do pece ke slinování a z pece se vyloží do procesu drcení a třídění. Pro výrobu katodových materiálů jsou velmi důležité technické a ekonomické ukazatele, jako je regulace teploty, rovnoměrnost teploty, regulace a rovnoměrnost atmosféry, kontinuita, výrobní kapacita, spotřeba energie a stupeň automatizace pece. V současné době jsou hlavními slinovacími zařízeními používanými při výrobě katodových materiálů tlačná pec, válcová pec a zvonová pec.
◼ Válcová pec je středně velká tunelová pec s kontinuálním ohřevem a spékáním.
◼ Podle atmosféry pece se stejně jako tlačná pec dělí i válcová pec na vzduchovou a atmosférickou pec.
- Vzduchová pec: používá se hlavně pro spékání materiálů vyžadujících oxidační atmosféru, jako jsou materiály s manganatem lithným, materiály s oxidem lithným a kobaltem, ternární materiály atd.;
- Atmosférická pec: používá se hlavně pro ternární materiály NCA, materiály lithno-železité fosforečnany (LFP), materiály grafitových anod a další slinovací materiály, které vyžadují ochranu atmosférou (například N2 nebo O2).
◼ Válcová pec využívá proces valivého tření, takže délka pece není ovlivněna hnací silou. Teoreticky může být nekonečná. Charakteristika struktury dutiny pece, lepší konzistence při vypalování produktů a velká struktura dutiny pece lépe napomáhají pohybu vzduchu v peci a odvodnění a vypouštění gumy produktů. Je to preferované zařízení, které nahrazuje tlačnou pec pro skutečně velkovýrobu.
◼ V současné době se oxid lithium-kobalt, ternární složky, manganan lithný a další katodové materiály lithium-iontových baterií spékají ve válcové peci s vzduchem, zatímco fosforečnan lithium-železitý se spéká ve válcové peci chráněné dusíkem a NCA se spéká ve válcové peci chráněné kyslíkem.
Materiál záporné elektrody
Hlavní kroky základního procesního toku umělého grafitu zahrnují předúpravu, pyrolýzu, mlecí kouli, grafitizaci (tj. tepelné zpracování, aby byly původně neuspořádané atomy uhlíku uspořádány úhledně a klíčové technické kroky), míchání, potahování, míchání, třídění, vážení, balení a skladování. Všechny operace jsou jemné a složité.
◼ Granulace se dělí na pyrolýzu a třídění v kulovém mlýně.
V procesu pyrolýzy se meziprodukt 1 vloží do reaktoru, vzduch v reaktoru se nahradí N2, reaktor se utěsní, elektricky se zahřeje podle teplotní křivky, míchá se při teplotě 200 ~ 300 °C po dobu 1~3 hodin a poté se pokračuje v zahřívání na 400 ~ 500 °C, míchá se, aby se získal materiál o velikosti částic 10 ~ 20 mm, snižuje se teplota a meziprodukt se vypustí, aby se získal meziprodukt 2. V procesu pyrolýzy se používají dva druhy zařízení: vertikální reaktor a zařízení pro kontinuální granulaci, které mají stejný princip. Oba typy zařízení míchají nebo se pohybují pod určitou teplotní křivkou, čímž se mění složení materiálu a fyzikální a chemické vlastnosti v reaktoru. Rozdíl spočívá v tom, že vertikální kotel je kombinací horkého a studeného kotle. Složení materiálu v kotli se mění mícháním podle teplotní křivky v horkém kotli. Po dokončení se materiál vloží do chladicího kotle k ochlazení a horký kotel se může napájet. Zařízení pro kontinuální granulaci dosahuje nepřetržitého provozu s nízkou spotřebou energie a vysokým výkonem.
◼ Karbonizace a grafitizace jsou nepostradatelnou součástí. Karbonizační pec karbonizuje materiály při středních a nízkých teplotách. Teplota karbonizační pece může dosáhnout 1600 stupňů Celsia, což splňuje potřeby karbonizace. Vysoce přesný inteligentní regulátor teploty a automatický monitorovací systém PLC zajišťují přesnou kontrolu dat generovaných v procesu karbonizace.
Grafitizační pec, včetně horizontální vysokoteplotní, nízkovýtlačné, vertikální atd., umisťuje grafit do grafitové horké zóny (prostředí obsahující uhlík) pro spékání a tavení a teplota během této doby může dosáhnout 3200 ℃.
◼ Nátěr
Meziprodukt 4 je transportován do sila automatickým dopravním systémem a manipulátor jej automaticky plní do přepravky promethium. Automatický dopravní systém transportuje přepravku promethium do kontinuálního reaktoru (válcové pece) k potahování. Získá se meziprodukt 5 (pod ochranou dusíku se materiál zahřívá na 1150 °C podle určité teplotní křivky po dobu 8–10 hodin). Proces ohřevu spočívá v ohřevu zařízení pomocí elektřiny a metoda ohřevu je nepřímá. Ohřev přeměňuje vysoce kvalitní asfalt na povrchu grafitových částic na pyrolytický uhlíkový povlak. Během procesu ohřevu pryskyřice ve vysoce kvalitním asfaltu kondenzují a krystalická morfologie se transformuje (amorfní stav se transformuje do krystalického stavu). Na povrchu přírodních sférických grafitových částic se vytvoří uspořádaná mikrokrystalická uhlíková vrstva a nakonec se získá potažený grafitový materiál se strukturou „jádro-skořepina“.