Катоден материал
При приготвянето на неорганични електродни материали за литиево-йонни батерии, най-често използваната високотемпературна твърдофазна реакция е. Високотемпературна твърдофазна реакция: отнася се до процеса, при който реагентите, включително твърдофазните вещества, реагират за определен период от време при определена температура и предизвикват химични реакции чрез взаимна дифузия между различни елементи, за да се получат най-стабилните съединения при определена температура, включително твърдо-твърда реакция, твърдо-газова реакция и твърдо-течна реакция.
Дори ако се използват зол-гел метод, метод на съутаяване, хидротермален метод и солвотермален метод, обикновено се изисква твърдофазна реакция или твърдофазно синтероване при висока температура. Това е така, защото принципът на работа на литиево-йонната батерия изисква електродният материал да може многократно да въвежда и извлича Li+, така че решетъчната ѝ структура трябва да има достатъчна стабилност, което изисква висока кристалност на активните материали и правилна кристална структура. Това е трудно постижимо при ниски температури, така че електродните материали на литиево-йонните батерии, които се използват в момента, се получават основно чрез високотемпературна твърдофазна реакция.
Производствената линия за обработка на катодни материали включва главно система за смесване, система за синтероване, система за раздробяване, система за промиване с вода (само с високо съдържание на никел), система за опаковане, система за транспортиране на прах и интелигентна система за управление.
Когато се използва процес на мокро смесване при производството на катодни материали за литиево-йонни батерии, често възникват проблеми със сушенето. Различните разтворители, използвани в процеса на мокро смесване, водят до различни процеси и оборудване за сушене. Понастоящем в процеса на мокро смесване се използват основно два вида разтворители: неводни разтворители, а именно органични разтворители като етанол, ацетон и др.; воден разтворител. Оборудването за сушене за мокро смесване на катодни материали за литиево-йонни батерии включва главно: вакуумно-ротационна сушилня, вакуумно-греблова сушилня, спрей сушилня, вакуумно-лентова сушилня.
Промишленото производство на катодни материали за литиево-йонни батерии обикновено използва високотемпературно твърдофазно синтероване, а основното и ключово оборудване е пещта за синтероване. Суровините за производството на катодни материали за литиево-йонни батерии се смесват и сушат равномерно, след което се зареждат в пещта за синтероване и след това се разтоварват от пещта в процеса на раздробяване и класифициране. За производството на катодни материали са много важни техническите и икономически показатели като температурен контрол, температурна равномерност, контрол и равномерност на атмосферата, непрекъснатост, производствен капацитет, консумация на енергия и степен на автоматизация на пещта. Понастоящем основното оборудване за синтероване, използвано в производството на катодни материали, са тласкаща пещ, ролкова пещ и пещ с камбанен буркан.
◼ Ролковата пещ е средно голяма тунелна пещ с непрекъснато нагряване и синтероване.
◼ Според атмосферата в пещта, подобно на тласкащата пещ, ролковата пещ също се разделя на въздушна пещ и пещ с атмосфера.
- Въздушна пещ: използва се главно за синтероване на материали, изискващи окислителна атмосфера, като например материали от литиев манганат, материали от литиев кобалтов оксид, тройни материали и др.;
- Атмосферна пещ: използва се главно за тройни материали от NCA, литиево-железен фосфат (LFP), графитни анодни материали и други материали за синтероване, които се нуждаят от защита от атмосферен газ (като N2 или O2).
◼ Валцовата пещ използва процес на триене при търкаляне, така че дължината на пещта няма да бъде повлияна от задвижващата сила. Теоретично, тя може да бъде безкрайна. Характеристиките на структурата на кухината на пещта, по-добрата консистенция при изпичане на продуктите и структурата на голямата кухина на пещта са по-благоприятни за движението на въздушния поток в пещта, както и за оттичането и изхвърлянето на гумата от продуктите. Това е предпочитаното оборудване, което замества тласкащата пещ, за да се реализира наистина мащабно производство.
◼ Понастоящем литиево-кобалтов оксид, тройни съединения, литиев манганат и други катодни материали на литиево-йонните батерии се синтероват във въздушна ролкова пещ, докато литиево-железният фосфат се синтерова във ролкова пещ, защитена от азот, а NCA се синтерова във ролкова пещ, защитена от кислород.
Материал на отрицателния електрод
Основните стъпки на основния технологичен поток на изкуствения графит включват предварителна обработка, пиролиза, смилане с топка, графитизация (т.е. термична обработка, така че първоначално неподредените въглеродни атоми да са подредени спретнато и ключовите технически връзки), смесване, нанасяне на покритие, пресяване при смесване, претегляне, опаковане и складиране. Всички операции са фини и сложни.
◼ Гранулирането се разделя на процес на пиролиза и процес на пресяване с топково смилане.
В процеса на пиролиза, междинният материал 1 се поставя в реактора, въздухът в реактора се замества с N2, реакторът се затваря, нагрява се електрически според температурната крива, разбърква се при 200 ~ 300 ℃ в продължение на 1~3 часа, след което продължава нагряването до 400 ~ 500 ℃, разбърква се, за да се получи материал с размер на частиците 10 ~ 20 мм, понижава се температурата и се изхвърля, за да се получи междинен материал 2. В процеса на пиролиза се използват два вида оборудване - вертикален реактор и оборудване за непрекъснато гранулиране, като и двете работят по един и същ принцип. И двете се разбъркват или движат под определена температурна крива, за да променят състава на материала и физичните и химичните свойства в реактора. Разликата е, че вертикалният котел е комбиниран режим на работа с горещ котел и студен котел. Компонентите на материала в котела се променят чрез разбъркване според температурната крива в горещия котел. След завършване, той се поставя в охлаждащия котел за охлаждане и горещият котел може да бъде зареден. Оборудването за непрекъснато гранулиране осъществява непрекъсната работа с ниска консумация на енергия и висока производителност.
◼ Карбонизацията и графитизацията са неразделна част. Карбонизационната пещ карбонизира материалите при средни и ниски температури. Температурата на карбонизационната пещ може да достигне 1600 градуса по Целзий, което отговаря на нуждите на карбонизацията. Високопрецизният интелигентен температурен контролер и автоматичната PLC система за наблюдение ще осигурят прецизен контрол на данните, генерирани в процеса на карбонизация.
Графитизиращата пещ, включително хоризонтална високотемпературна, с по-ниско изпускане, вертикална и др., поставя графита в гореща графитна зона (среда, съдържаща въглерод) за синтероване и топене, като температурата през този период може да достигне 3200 ℃.
◼ Покритие
Междинният материал 4 се транспортира до силоза чрез автоматична транспортна система и материалът автоматично се пълни в кутията с прометий от манипулатора. Автоматичната транспортна система транспортира кутията с прометий до непрекъснатия реактор (ролкова пещ) за покритие. Получават се междинни материали 5 (под защитата на азот, материалът се нагрява до 1150 ℃ съгласно определена крива на повишаване на температурата за 8~10 часа). Процесът на нагряване е за нагряване на оборудването чрез електричество, а методът на нагряване е индиректен. Нагряването превръща висококачествения асфалт върху повърхността на графитните частици в пиролитично въглеродно покритие. По време на процеса на нагряване смолите във висококачествения асфалт кондензират и кристалната морфология се трансформира (аморфното състояние се трансформира в кристално състояние). На повърхността на естествените сферични графитни частици се образува подреден микрокристален въглероден слой и накрая се получава покрит графитоподобен материал със структура "ядро-обвивка".