Katoodi materjal
Liitiumioonakude anorgaaniliste elektroodimaterjalide valmistamisel kasutatakse kõige sagedamini kõrgel temperatuuril toimuvat tahkefaasilist reaktsiooni. Kõrgel temperatuuril toimuv tahkefaasiline reaktsioon: viitab protsessile, kus reagendid, sealhulgas tahkefaasilised ained, reageerivad teatud aja jooksul teatud temperatuuril ja tekitavad keemilisi reaktsioone erinevate elementide vastastikuse difusiooni kaudu, moodustades teatud temperatuuril kõige stabiilsemaid ühendeid, sealhulgas tahke aine-tahke reaktsioon, tahke aine-gaas reaktsioon ja tahke aine-vedelik reaktsioon.
Isegi kui kasutatakse sool-geelmeetodit, kaassadestamise meetodit, hüdrotermilist meetodit ja solvotermilist meetodit, on tavaliselt vaja tahkefaasilist reaktsiooni või tahkefaasilist paagutamist kõrgel temperatuuril. Liitiumioonaku tööpõhimõte nõuab, et elektroodimaterjal saaks korduvalt liitiumioonakut sisestada ja eemaldada, seega peab selle võrestruktuur olema piisavalt stabiilne, mis omakorda nõuab aktiivsete materjalide kõrget kristallilisust ja korrapärast kristallstruktuuri. Madalatel temperatuuridel on seda raske saavutada, seega saadakse praegu kasutatavate liitiumioonakude elektroodimaterjalid põhimõtteliselt kõrgel temperatuuril toimuva tahkefaasilise reaktsiooni teel.
Katoodimaterjali töötlemise tootmisliin hõlmab peamiselt segamissüsteemi, paagutamissüsteemi, purustussüsteemi, veepesusüsteemi (ainult kõrge nikli sisaldusega), pakendamissüsteemi, pulbri transportimissüsteemi ja intelligentset juhtimissüsteemi.
Kui liitiumioonakude katoodmaterjalide tootmisel kasutatakse märgsegamisprotsessi, tekivad sageli kuivatamisega seotud probleemid. Märgsegamisprotsessis kasutatavad erinevad lahustid tingivad erinevaid kuivatamisprotsessi ja -seadmeid. Praegu kasutatakse märgsegamisprotsessis peamiselt kahte tüüpi lahusteid: mittevesilahustid, nimelt orgaanilised lahustid, nagu etanool, atsetoon jne; ja vesilahusti. Liitiumioonakude katoodmaterjalide märgsegamise kuivatusseadmed hõlmavad peamiselt järgmist: vaakumpöördkuivati, vaakumkuivati, pihustuskuivati ja vaakumlintkuivati.
Liitiumioonakude katoodmaterjalide tööstuslik tootmine kasutab tavaliselt kõrgel temperatuuril toimuvat tahkispaagutussünteesi protsessi ning selle põhi- ja põhiseadmed on paagutusahi. Liitiumioonakude katoodmaterjalide tootmiseks vajalikud toorained segatakse ja kuivatatakse ühtlaselt, seejärel laaditakse paagutusahju ja seejärel tühjendatakse ahjust purustus- ja sorteerimisprotsessi. Katoodmaterjalide tootmisel on väga olulised tehnilised ja majanduslikud näitajad, nagu temperatuuri reguleerimine, temperatuuri ühtlus, atmosfääri reguleerimine ja ühtlus, järjepidevus, tootmisvõimsus, energiatarbimine ja ahju automatiseerimise aste. Praegu on katoodmaterjalide tootmisel kasutatavad peamised paagutusseadmed tõukurahi, rullahi ja kellaahi.
◼ Rull-ahi on keskmise suurusega tunnelahju, millel on pidev kuumutamine ja paagutus.
◼ Ahju atmosfääri järgi, nagu ka tõukeahi, jaguneb ka rullahjud õhkahjuks ja atmosfääriahjuks.
- Õhuahi: kasutatakse peamiselt oksüdeerivat atmosfääri vajavate materjalide, näiteks liitiummanganaadi, liitiumkoobaltoksiidi, kolmekomponentsete materjalide jne paagutamiseks;
- Atmosfääriahi: kasutatakse peamiselt NCA kolmekomponentsete materjalide, liitiumraudfosfaadi (LFP) materjalide, grafiitanoodmaterjalide ja muude atmosfäärigaasi (nt N2 või O2) kaitset vajavate paagutusmaterjalide jaoks.
◼ Rull-ahi kasutab rullhõõrdeprotsessi, seega ei mõjuta ahju pikkust tõukejõud. Teoreetiliselt võib see olla lõpmatu. Ahjuõõnsuse struktuuri omadused, parem konsistents toodete põletamisel ja suur ahjuõõnsuse struktuur soodustavad õhuvoolu liikumist ahjus ning toodete äravoolu ja kummist väljavoolu. See on eelistatud seade tõukeahju asendamiseks, et saavutada tõeliselt suurtootmine.
Praegu paagutatakse liitiumioonakude katoodmaterjale liitiumkoobaltoksiidi, ternaarset elementi, liitiummanganaati ja muid materjale õhkrullahjus, liitiumraudfosfaati lämmastikuga kaitstud rullahjus ja NCA-d hapnikuga kaitstud rullahjus.
Negatiivse elektroodi materjal
Kunstliku grafiidi põhiprotsessi peamised etapid hõlmavad eeltöötlust, pürolüüs, jahvatamiskuuliga jahvatamist, grafitiseerimist (st kuumtöötlust, et algselt korrastamata süsinikuaatomid oleksid korralikult paigutatud ja olulised tehnilised seosed), segamist, katmist, segamist, sõelumist, kaalumist, pakendamist ja ladustamist. Kõik toimingud on peened ja keerukad.
◼ Granuleerimine jaguneb pürolüüsi protsessiks ja kuulveski sõelumisprotsessiks.
Pürolüüsiprotsessis pannakse vaheühend 1 reaktorisse, reaktoris olev õhk asendatakse N2-ga, reaktor suletakse, kuumutatakse elektriliselt vastavalt temperatuurikõverale, segatakse temperatuuril 200–300 ℃ 1–3 tundi ja seejärel jätkatakse kuumutamist temperatuurini 400–500 ℃, segatakse, et saada 10–20 mm osakeste suurusega materjal, alandatakse temperatuuri ja lastakse aine välja, et saada vaheühend 2. Pürolüüsiprotsessis kasutatakse kahte tüüpi seadmeid: vertikaalset reaktorit ja pideva granuleerimise seadet, millel mõlemal on sama põhimõte. Mõlemad segavad või liiguvad teatud temperatuurikõvera all, et muuta reaktoris materjali koostist ning füüsikalisi ja keemilisi omadusi. Erinevus seisneb selles, et vertikaalne pada on kuuma ja külma pada kombinatsioon. Pada materjali komponendid muutuvad kuuma pada temperatuurikõvera järgi segamise teel. Pärast protsessi lõppu pannakse see jahutamiseks jahutuspadasse ja kuuma pada saab toita. Pideva granuleerimise seade tagab pideva töö, madala energiatarbimise ja suure võimsusega.
◼ Karboniseerimine ja grafitiseerimine on lahutamatud osad. Karboniseerimisahi karboniseerib materjale keskmisel ja madalal temperatuuril. Karboniseerimisahju temperatuur võib ulatuda 1600 kraadini Celsiuse järgi, mis vastab karboniseerimise vajadustele. Ülitäpne intelligentne temperatuuriregulaator ja automaatne PLC jälgimissüsteem võimaldavad karboniseerimisprotsessis genereeritud andmeid täpselt kontrollida.
Grafitiseerimisahjud, sealhulgas horisontaalsed kõrgetemperatuurilised, madala tühjendusega ja vertikaalsed ahjud, paigutavad grafiidi paagutamiseks ja sulatamiseks grafiidi kuuma tsooni (süsinikku sisaldavasse keskkonda) ning selle aja jooksul võib temperatuur ulatuda 3200 ℃-ni.
◼ Kate
Vahematerjal 4 transporditakse automaatse konveierisüsteemi abil silosse ja manipulaator täidab materjali automaatselt promeetiumi kasti. Automaatne konveierisüsteem transpordib promeetiumi kasti pidevasse reaktorisse (rullahju) katmiseks. Saadakse vahematerjal 5 (lämmastiku kaitse all kuumutatakse materjali temperatuurini 1150 ℃ vastavalt teatud temperatuuri tõusukõverale 8–10 tunni jooksul). Kuumutamisprotsess seisneb seadmete kuumutamises elektri abil ja kuumutamismeetod on kaudne. Kuumutamine muudab grafiidiosakeste pinnal oleva kvaliteetse asfaldi pürolüütiliseks süsinikkatteks. Kuumutamise käigus kondenseeruvad kvaliteetse asfaldi vaigud ja kristalliline morfoloogia muutub (amorfne olek muutub kristalliliseks). Looduslike sfääriliste grafiidiosakeste pinnale moodustub korrastatud mikrokristalliline süsinikkiht ja lõpuks saadakse kaetud grafiiditaoline materjal, millel on "südamiku-kesta" struktuur.