Katoda materiāls
Neorganisko elektrodu materiālu sagatavošanā litija jonu akumulatoriem visbiežāk tiek izmantota augstas temperatūras cietfāzes reakcija. Augstas temperatūras cietfāzes reakcija: attiecas uz procesu, kurā reaģenti, tostarp cietfāzes vielas, reaģē noteiktu laika periodu noteiktā temperatūrā un rada ķīmiskas reakcijas, izmantojot savstarpēju difūziju starp dažādiem elementiem, lai noteiktā temperatūrā iegūtu visstabilākos savienojumus, tostarp cietvielu-cietvielu reakciju, cietvielu-gāzes reakciju un cietvielu-šķidruma reakciju.
Pat ja tiek izmantota sol-gēla metode, koprecipitācijas metode, hidrotermālā metode un solvotermālā metode, parasti ir nepieciešama cietfāzes reakcija vai cietfāzes sintēšana augstā temperatūrā. Tas ir tāpēc, ka litija jonu akumulatora darbības princips prasa, lai tā elektroda materiāls varētu atkārtoti ievietot un izņemt li+, tāpēc tā režģa struktūrai jābūt pietiekami stabilai, kas prasa, lai aktīvo materiālu kristāliskums būtu augsts un kristāla struktūra būtu regulāra. To ir grūti panākt zemas temperatūras apstākļos, tāpēc pašlaik izmantoto litija jonu akumulatoru elektrodu materiāli pamatā tiek iegūti, izmantojot augstas temperatūras cietfāzes reakciju.
Katoda materiālu apstrādes ražošanas līnija galvenokārt ietver maisīšanas sistēmu, sintēšanas sistēmu, drupināšanas sistēmu, ūdens mazgāšanas sistēmu (tikai ar augstu niķeļa saturu), iepakošanas sistēmu, pulvera transportēšanas sistēmu un inteliģentu vadības sistēmu.
Ja litija jonu akumulatoru katoda materiālu ražošanā izmanto mitrās sajaukšanas procesu, bieži rodas žāvēšanas problēmas. Dažādi mitrās sajaukšanas procesā izmantotie šķīdinātāji novedīs pie atšķirīgiem žāvēšanas procesiem un iekārtām. Pašlaik mitrās sajaukšanas procesā galvenokārt izmanto divu veidu šķīdinātājus: bezūdens šķīdinātājus, proti, organiskos šķīdinātājus, piemēram, etanolu, acetonu utt.; ūdens šķīdinātāju. Žāvēšanas iekārtas litija jonu akumulatoru katoda materiālu mitrai sajaukšanai galvenokārt ietver: vakuuma rotācijas žāvētāju, vakuuma grābekļa žāvētāju, smidzināšanas žāvētāju, vakuuma lentes žāvētāju.
Litija jonu akumulatoru katoda materiālu rūpnieciskajā ražošanā parasti tiek izmantots augstas temperatūras cietvielu sintēzes process, un tā galvenā iekārta ir sintēzes krāsns. Litija jonu akumulatoru katoda materiālu ražošanas izejvielas vienmērīgi sajauc un žāvē, pēc tam ielādē krāsnī sintēzei un pēc tam izkrauj no krāsns drupināšanas un klasificēšanas procesā. Katoda materiālu ražošanā ļoti svarīgi ir tādi tehniskie un ekonomiskie rādītāji kā temperatūras kontrole, temperatūras vienmērīgums, atmosfēras kontrole un vienmērīgums, nepārtrauktība, ražošanas jauda, enerģijas patēriņš un krāsns automatizācijas pakāpe. Pašlaik galvenās sintēzes iekārtas, ko izmanto katoda materiālu ražošanā, ir stūmējkrāsnis, veltņu krāsns un zvanveida krāsns.
◼ Veltņu krāsns ir vidēja izmēra tuneļa krāsns ar nepārtrauktu karsēšanu un sintēzes procesu.
◼ Atkarībā no krāsns atmosfēras, tāpat kā stūmējkrāsni, arī veltņkrāsni iedala gaisa krāsnī un atmosfēras krāsnī.
- Gaisa krāsns: galvenokārt izmanto tādu materiālu sintēzei, kuriem nepieciešama oksidējoša atmosfēra, piemēram, litija manganāta materiālu, litija kobalta oksīda materiālu, trīskāršu materiālu u.c.;
- Atmosfēras krāsns: galvenokārt izmanto NCA trīskāršajiem materiāliem, litija dzelzs fosfāta (LFP) materiāliem, grafīta anoda materiāliem un citiem saķepināšanas materiāliem, kuriem nepieciešama atmosfēras (piemēram, N2 vai O2) gāzes aizsardzība.
◼ Veltņu ceplis izmanto velmēšanas berzes procesu, tāpēc cepļa garumu neietekmēs piedziņas spēks. Teorētiski tas var būt bezgalīgs. Cepļa dobuma struktūras īpašības, labāka konsistence produktu apdedzināšanas laikā, un lielā cepļa dobuma struktūra veicina gaisa plūsmas kustību krāsnī un produktu drenāžu un gumijas izvadīšanu. Tā ir vēlamā iekārta stūmējcepļa aizstāšanai, lai patiesi realizētu liela mēroga ražošanu.
Pašlaik litija kobalta oksīds, trīskāršais elements, litija manganāts un citi litija jonu akumulatoru katoda materiāli tiek sinterēti gaisa veltņu krāsnī, savukārt litija dzelzs fosfāts tiek sinterēts ar slāpekli aizsargātā veltņu krāsnī, un NCA tiek sinterēts ar skābekli aizsargātā veltņu krāsnī.
Negatīvā elektroda materiāls
Mākslīgā grafīta pamatprocesa plūsmas galvenie soļi ietver pirmapstrādi, pirolīzi, lodīšu slīpēšanu, grafitizāciju (tas ir, termisko apstrādi, lai sākotnēji nesakārtotie oglekļa atomi būtu kārtīgi sakārtoti un galvenās tehniskās saites), sajaukšanu, pārklāšanu, sajaukšanas sijāšanu, svēršanu, iepakošanu un uzglabāšanu noliktavā. Visas darbības ir smalkas un sarežģītas.
Granulēšana tiek iedalīta pirolīzes procesā un lodīšu malšanas sijāšanas procesā.
Pirolīzes procesā starpproduktu 1 ievieto reaktorā, gaisu reaktorā aizstāj ar N2, reaktoru noslēdz, to elektriski silda atbilstoši temperatūras līknei, maisa 200–300 ℃ temperatūrā 1–3 stundas un pēc tam turpina sildīt līdz 400–500 ℃, maisa, lai iegūtu materiālu ar daļiņu izmēru 10–20 mm, pazemina temperatūru un izvada, lai iegūtu starpproduktu 2. Pirolīzes procesā tiek izmantotas divu veidu iekārtas: vertikālais reaktors un nepārtrauktas granulēšanas iekārtas, kurām abām ir viens un tas pats princips. Abas maisa vai pārvietojas zem noteiktas temperatūras līknes, lai mainītu materiāla sastāvu un fizikālās un ķīmiskās īpašības reaktorā. Atšķirība ir tāda, ka vertikālais reaktors ir karstā reaktora un aukstā reaktora kombinēts režīms. Materiāla sastāvdaļas reaktorā tiek mainītas, maisot atbilstoši temperatūras līknei karstajā reaktorā. Pēc pabeigšanas to ievieto dzesēšanas reaktorā dzesēšanai, un karsto reaktoru var padot. Nepārtrauktas granulēšanas iekārtas nodrošina nepārtrauktu darbību ar zemu enerģijas patēriņu un augstu jaudu.
◼ Karbonizācija un grafitizācija ir neaizstājamas sastāvdaļas. Karbonizācijas krāsns karbonizē materiālus vidējā un zemā temperatūrā. Karbonizācijas krāsns temperatūra var sasniegt 1600 grādus pēc Celsija, kas var apmierināt karbonizācijas vajadzības. Augstas precizitātes viedais temperatūras regulators un automātiskā PLC uzraudzības sistēma nodrošinās precīzu karbonizācijas procesā ģenerēto datu kontroli.
Grafitizācijas krāsnīs, tostarp horizontālās augstas temperatūras, zemākas izlādes, vertikālās krāsnīs utt., grafīts tiek ievietots grafīta karstajā zonā (oglekli saturošā vidē) saķepināšanai un kausēšanai, un temperatūra šajā laikā var sasniegt 3200 ℃.
◼ Pārklājums
Starpprodukts 4 tiek transportēts uz tvertni, izmantojot automātisko transportēšanas sistēmu, un materiāls tiek automātiski iepildīts promēcija kastē ar manipulatora palīdzību. Automātiskā transportēšanas sistēma transportē promēcija kasti uz nepārtrauktas darbības reaktoru (veltņu krāsni) pārklāšanai. Iegūst starpproduktu 5 (slāpekļa aizsardzībā materiāls tiek uzkarsēts līdz 1150 ℃ saskaņā ar noteiktu temperatūras paaugstināšanās līkni 8–10 stundas). Sildīšanas process ir iekārtas sildīšana ar elektrību, un sildīšanas metode ir netieša. Sildīšana pārvērš augstas kvalitātes asfaltu uz grafīta daļiņu virsmas pirolītiskajā oglekļa pārklājumā. Sildīšanas procesā augstas kvalitātes asfalta sveķi kondensējas, un mainās kristāla morfoloģija (amorfais stāvoklis pārvēršas kristāliskajā stāvoklī). Uz dabisko sfērisko grafīta daļiņu virsmas veidojas sakārtots mikrokristālisks oglekļa slānis, un visbeidzot tiek iegūts pārklāts grafītam līdzīgs materiāls ar "kodola-apvalka" struktūru.