Material del càtode
En la preparació de materials d'elèctrodes inorgànics per a bateries d'ions de liti, la reacció en estat sòlid a alta temperatura és la més utilitzada. Reacció en fase sòlida a alta temperatura: es refereix al procés en què els reactius, incloses les substàncies en fase sòlida, reaccionen durant un període de temps a una temperatura determinada i produeixen reaccions químiques a través de la difusió mútua entre diversos elements per produir els compostos més estables a una temperatura determinada, incloent-hi la reacció sòlid-sòlid, la reacció sòlid-gas i la reacció sòlid-líquid.
Fins i tot si s'utilitza el mètode sol-gel, el mètode de coprecipitació, el mètode hidrotermal i el mètode solvotermal, normalment es requereix una reacció en fase sòlida o una sinterització en fase sòlida a alta temperatura. Això es deu al fet que el principi de funcionament de la bateria de ions de liti requereix que el material del seu elèctrode pugui inserir i extreure li+ repetidament, de manera que la seva estructura de xarxa ha de tenir una estabilitat suficient, cosa que requereix que la cristal·linitat dels materials actius sigui alta i l'estructura cristal·lina sigui regular. Això és difícil d'aconseguir en condicions de baixa temperatura, de manera que els materials d'elèctrode de les bateries de ions de liti que s'utilitzen actualment s'obtenen bàsicament mitjançant una reacció en estat sòlid a alta temperatura.
La línia de producció de processament de materials de càtode inclou principalment un sistema de mescla, un sistema de sinterització, un sistema de trituració, un sistema de rentat amb aigua (només níquel alt), un sistema d'envasament, un sistema de transport de pols i un sistema de control intel·ligent.
Quan s'utilitza el procés de mescla humida en la producció de materials catòdics per a bateries d'ions de liti, sovint es presenten problemes d'assecat. Els diferents dissolvents utilitzats en el procés de mescla humida donaran lloc a diferents processos i equips d'assecat. Actualment, hi ha principalment dos tipus de dissolvents utilitzats en el procés de mescla humida: dissolvents no aquosos, és a dir, dissolvents orgànics com l'etanol, l'acetona, etc.; i dissolvent aquós. L'equip d'assecat per a la mescla humida de materials catòdics de bateries d'ions de liti inclou principalment: assecador rotatiu al buit, assecador de rastell al buit, assecador per polvorització, assecador de cinta al buit.
La producció industrial de materials catòdics per a bateries de ions de liti sol adoptar un procés de síntesi de sinterització d'estat sòlid a alta temperatura, i el seu principal i equip clau és el forn de sinterització. Les matèries primeres per a la producció de materials catòdics de bateries de ions de liti es barregen uniformement i s'assequen, després es carreguen al forn per a la sinterització i després es descarreguen del forn al procés de trituració i classificació. Per a la producció de materials catòdics, els indicadors tècnics i econòmics com ara la temperatura de control de temperatura, la uniformitat de la temperatura, el control i la uniformitat de l'atmosfera, la continuïtat, la capacitat de producció, el consum d'energia i el grau d'automatització del forn són molt importants. Actualment, els principals equips de sinterització utilitzats en la producció de materials catòdics són el forn d'empenta, el forn de rodets i el forn de campana de vidre.
◼ El forn de rodets és un forn de túnel de mida mitjana amb escalfament i sinterització continus.
◼ Segons l'atmosfera del forn, com el forn d'empenta, el forn de rodets també es divideix en forn d'aire i forn d'atmosfera.
- Forn d'aire: s'utilitza principalment per sinteritzar materials que requereixen atmosfera oxidant, com ara materials de manganat de liti, materials d'òxid de cobalt i liti, materials ternaris, etc.;
- Forn d'atmosfera: s'utilitza principalment per a materials ternaris NCA, materials de fosfat de ferro i liti (LFP), materials d'ànode de grafit i altres materials de sinterització que necessiten protecció de gas atmosfèric (com ara N2 o O2).
◼ El forn de rodets adopta un procés de fricció de rodament, de manera que la longitud del forn no es veurà afectada per la força de propulsió. Teòricament, pot ser infinita. Les característiques de l'estructura de la cavitat del forn, la millor consistència en la cocció dels productes i la gran estructura de la cavitat del forn són més propícies per al moviment del flux d'aire al forn i el drenatge i la descàrrega de goma dels productes. És l'equip preferit per substituir el forn d'empenta per aconseguir realment una producció a gran escala.
◼ Actualment, l'òxid de cobalt i liti, el ternari, el manganat de liti i altres materials de càtode de les bateries d'ions de liti es sinteritzen en un forn de rodets d'aire, mentre que el fosfat de ferro i liti es sinteritzen en un forn de rodets protegit per nitrogen i l'NCA es sinteritzen en un forn de rodets protegit per oxigen.
Material d'elèctrode negatiu
Els passos principals del flux bàsic del procés de grafit artificial inclouen el pretractament, la piròlisi, la mòlta de boles, la grafitització (és a dir, el tractament tèrmic, de manera que els àtoms de carboni originalment desordenats estiguin ordenats i els enllaços tècnics clau), la barreja, el recobriment, la barreja, el cribratge, el pesatge, l'envasament i l'emmagatzematge. Totes les operacions són fines i complexes.
◼ La granulació es divideix en procés de piròlisi i procés de mòlta de boles amb cribratge.
En el procés de piròlisi, introduïu el material intermedi 1 al reactor, substituïu l'aire del reactor per N2, segelleu el reactor, escalfeu-lo elèctricament segons la corba de temperatura, remeneu-lo a 200 ~ 300 ℃ durant 1~3 h i, a continuació, continueu escalfant-lo a 400 ~ 500 ℃, remeneu-lo per obtenir material amb una mida de partícula de 10 ~ 20 mm, baixeu la temperatura i descarregueu-lo per obtenir el material intermedi 2. Hi ha dos tipus d'equips utilitzats en el procés de piròlisi, el reactor vertical i l'equip de granulació contínua, tots dos amb el mateix principi. Tots dos remenen o es mouen sota una determinada corba de temperatura per canviar la composició del material i les propietats físiques i químiques del reactor. La diferència és que la caldera vertical és un mode combinat de caldera calenta i caldera freda. Els components del material de la caldera es canvien remenant segons la corba de temperatura de la caldera calenta. Un cop finalitzat, es posa a la caldera de refrigeració per refredar-la i es pot alimentar la caldera calenta. L'equip de granulació contínua realitza un funcionament continu, amb baix consum d'energia i alt rendiment.
◼ La carbonització i la grafitització són una part indispensable. El forn de carbonització carbonitza els materials a temperatures mitjanes i baixes. La temperatura del forn de carbonització pot arribar als 1600 graus Celsius, cosa que pot satisfer les necessitats de la carbonització. El controlador de temperatura intel·ligent d'alta precisió i el sistema de monitorització automàtica del PLC faran que les dades generades en el procés de carbonització es controlin amb precisió.
El forn de grafitització, incloent-hi el forn horitzontal d'alta temperatura, baixa descàrrega, vertical, etc., col·loca el grafit a la zona calenta de grafit (entorn que conté carboni) per a la sinterització i la fusió, i la temperatura durant aquest període pot arribar als 3200 ℃.
◼ Revestiment
El material intermedi 4 es transporta al sitjo a través del sistema de transport automàtic i el manipulador omple automàticament la caixa de prometi. El sistema de transport automàtic transporta la caixa de prometi al reactor continu (forn de rodets) per al recobriment. Obtingueu el material intermedi 5 (sota la protecció del nitrogen, el material s'escalfa a 1150 ℃ segons una determinada corba d'augment de temperatura durant 8~10 h). El procés d'escalfament consisteix a escalfar l'equip mitjançant electricitat i el mètode d'escalfament és indirecte. L'escalfament converteix l'asfalt d'alta qualitat a la superfície de les partícules de grafit en un recobriment de carboni pirolític. Durant el procés d'escalfament, les resines de l'asfalt d'alta qualitat es condensen i la morfologia cristal·lina es transforma (l'estat amorf es transforma en estat cristal·lí). Es forma una capa de carboni microcristal·lí ordenada a la superfície de les partícules de grafit esfèriques naturals i, finalment, s'obté un material recobert semblant al grafit amb una estructura de "nucli-closca".