Katodni material
Pri pripravi anorganskih elektrodnih materialov za litij-ionske baterije se najpogosteje uporablja visokotemperaturna trdnofazna reakcija. Visokotemperaturna trdnofazna reakcija: nanaša se na proces, pri katerem reaktanti, vključno s trdnofaznimi snovmi, reagirajo določen čas pri določeni temperaturi in povzročajo kemične reakcije z medsebojno difuzijo med različnimi elementi, da nastanejo najstabilnejše spojine pri določeni temperaturi, vključno z trdno-trdno reakcijo, trdno-plinsko reakcijo in trdno-tekočinsko reakcijo.
Tudi če se uporabljajo sol-gel metoda, metoda koprecipitacije, hidrotermalna metoda in solvotermalna metoda, je običajno potrebna trdnofazna reakcija ali trdnofazno sintranje pri visoki temperaturi. To je zato, ker načelo delovanja litij-ionske baterije zahteva, da se njen elektrodni material lahko večkrat vstavlja in odstranjuje Li+, zato mora imeti njena mrežasta struktura zadostno stabilnost, kar zahteva visoko kristaliničnost aktivnih materialov in pravilno kristalno strukturo. To je težko doseči pri nizkih temperaturah, zato se elektrodni materiali litij-ionskih baterij, ki se trenutno uporabljajo, v osnovi pridobivajo z visokotemperaturno trdnofazno reakcijo.
Proizvodna linija za predelavo katodnih materialov vključuje predvsem sistem mešanja, sistem sintranja, sistem drobljenja, sistem pranja z vodo (samo z visoko vsebnostjo niklja), sistem pakiranja, sistem za transport prahu in inteligentni krmilni sistem.
Pri uporabi postopka mokrega mešanja pri proizvodnji katodnih materialov za litij-ionske baterije se pogosto pojavijo težave s sušenjem. Različna topila, ki se uporabljajo v postopku mokrega mešanja, vodijo do različnih postopkov in opreme za sušenje. Trenutno se v postopku mokrega mešanja uporabljata predvsem dve vrsti topil: nevodna topila, in sicer organska topila, kot so etanol, aceton itd.; in vodno topilo. Oprema za sušenje za mokro mešanje katodnih materialov litij-ionskih baterij vključuje predvsem: vakuumski rotacijski sušilnik, vakuumski grabljični sušilnik, razpršilni sušilnik in vakuumski tračni sušilnik.
Industrijska proizvodnja katodnih materialov za litij-ionske baterije običajno uporablja visokotemperaturni postopek sintranja v trdnem stanju, njegova osrednja in ključna oprema pa je peč za sintranje. Surovine za proizvodnjo katodnih materialov za litij-ionske baterije se enakomerno zmešajo in posušijo, nato se naložijo v peč za sintranje in nato iz peči razložijo v postopek drobljenja in razvrščanja. Za proizvodnjo katodnih materialov so zelo pomembni tehnični in ekonomski kazalniki, kot so temperatura nadzora temperature, enakomernost temperature, nadzor in enakomernost atmosfere, kontinuiteta, proizvodna zmogljivost, poraba energije in stopnja avtomatizacije peči. Trenutno so glavna oprema za sintranje, ki se uporablja pri proizvodnji katodnih materialov, potisne peči, valjčne peči in peč z zvonastim posodjem.
◼ Valjčna peč je srednje velika tunelska peč z neprekinjenim ogrevanjem in sintranjem.
◼ Glede na atmosfero v peči se tudi valjčna peč, tako kot potisna peč, deli na peč z zrakom in peč z atmosfero.
- Zračna peč: uporablja se predvsem za sintranje materialov, ki zahtevajo oksidativno atmosfero, kot so materiali iz litijevega manganata, materiali iz litijevega kobaltovega oksida, ternarni materiali itd.;
- Atmosferska peč: uporablja se predvsem za ternarne materiale NCA, materiale litijevega železovega fosfata (LFP), materiale grafitnih anod in druge materiale za sintranje, ki potrebujejo zaščito pred atmosferskim plinom (kot sta N2 ali O2).
◼ Valjčna peč uporablja postopek kotalnega trenja, zato pogonska sila ne vpliva na dolžino peči. Teoretično je lahko neskončna. Značilnosti strukture votline peči, boljša konsistenca pri žganju izdelkov in velika struktura votline peči bolj ugodno vplivajo na gibanje zračnega toka v peči ter drenažo in izpust gume izdelkov. Je prednostna oprema za zamenjavo potisne peči za resnično uresničitev obsežne proizvodnje.
◼ Trenutno se litijev kobaltov oksid, ternarni litijev manganat in drugi katodni materiali litijevih baterij sintrajo v zračni valjčni peči, litijev železov fosfat pa v valjčni peči, zaščiteni z dušikom, NCA pa v valjčni peči, zaščiteni s kisikom.
Material negativne elektrode
Glavni koraki osnovnega procesnega toka umetnega grafita vključujejo predobdelavo, pirolizo, mletje krogle, grafitizacijo (torej toplotno obdelavo, tako da so prvotno neurejeni ogljikovi atomi lepo razporejeni, in ključne tehnične povezave), mešanje, premazovanje, presejanje mešanja, tehtanje, pakiranje in skladiščenje. Vse operacije so fine in kompleksne.
◼ Granulacija se deli na postopek pirolize in postopek presejanja s krogličnim mletjem.
V procesu pirolize se vmesni material 1 vnese v reaktor, zrak v reaktorju se nadomesti z N2, reaktor se zapre, segreje električno glede na temperaturno krivuljo, meša se pri 200 ~ 300 ℃ 1~3 ure, nato pa se segreje na 400 ~ 500 ℃, meša se, da se dobi material z velikostjo delcev 10 ~ 20 mm, temperatura se zniža in se izprazni, da se dobi vmesni material 2. V procesu pirolize se uporabljata dve vrsti opreme: vertikalni reaktor in oprema za kontinuirano granulacijo, ki imata isto načelo. Obe opremi mešata ali premikata pod določeno temperaturno krivuljo, da spremenita sestavo materiala ter fizikalne in kemijske lastnosti v reaktorju. Razlika je v tem, da je vertikalni kotel kombinacija vročega in hladnega kotla. Sestavine materiala v kotlu se spreminjajo z mešanjem glede na temperaturno krivuljo v vročem kotlu. Po končanem postopku se material da v hladilni kotel za hlajenje, ki ga je mogoče napajati iz vročega kotla. Oprema za kontinuirano granulacijo omogoča neprekinjeno delovanje z nizko porabo energije in visoko zmogljivostjo.
◼ Karbonizacija in grafitizacija sta nepogrešljiv del. Karbonizacijska peč karbonizira materiale pri srednjih in nizkih temperaturah. Temperatura karbonizacijske peči lahko doseže 1600 stopinj Celzija, kar zadosti potrebam karbonizacije. Visoko natančen inteligentni regulator temperature in avtomatski sistem za spremljanje PLC omogočata natančen nadzor podatkov, ustvarjenih med procesom karbonizacije.
Grafitizacijska peč, vključno z vodoravno visokotemperaturno, nizkotemperaturno, navpično itd., postavlja grafit v vroče območje grafita (okolje, ki vsebuje ogljik) za sintranje in taljenje, temperatura pa lahko v tem obdobju doseže 3200 ℃.
◼ Premaz
Vmesni material 4 se s pomočjo avtomatskega transportnega sistema prepelje v silos, kjer manipulator samodejno napolni zaboj s prometijem. Avtomatski transportni sistem transportira zaboj s prometijem v kontinuirni reaktor (valjčno peč) za premaz. Tako dobimo vmesni material 5 (pod zaščito dušika se material segreje na 1150 ℃ v skladu z določeno krivuljo dviga temperature 8–10 ur). Postopek segrevanja poteka z električno energijo, metoda segrevanja pa je posredna. Ogrevanje pretvori visokokakovostni asfalt na površini grafitnih delcev v pirolitično ogljikovo prevleko. Med postopkom segrevanja se smole v visokokakovostnem asfaltu kondenzirajo in kristalna morfologija se spremeni (amorfno stanje se spremeni v kristalno stanje). Na površini naravnih sferičnih grafitnih delcev se tvori urejena mikrokristalna ogljikova plast, ki na koncu dobi prevlečen grafitu podoben material s strukturo "jedro-lupina".