Матэрыял катода
Пры падрыхтоўцы неарганічных электродных матэрыялаў для літый-іённых акумулятараў найбольш часта выкарыстоўваецца высокатэмпературная цвёрдафазная рэакцыя. Высокатэмпературная цвёрдафазная рэакцыя: адносіцца да працэсу, у якім рэагенты, у тым ліку цвёрдафазныя рэчывы, рэагуюць на працягу пэўнага часу пры пэўнай тэмпературы і выклікаюць хімічныя рэакцыі праз узаемную дыфузію паміж рознымі элементамі, утвараючы найбольш стабільныя злучэнні пры пэўнай тэмпературы, у тым ліку рэакцыю цвёрдае цела-цвёрдае цела, рэакцыю цвёрдае цела-газ і рэакцыю цвёрдае цела-вадкасць.
Нават калі выкарыстоўваюцца золь-гель метады, метады суасаджэння, гідратэрмальныя метады і сольватэрмічныя метады, звычайна патрабуецца цвёрдафазная рэакцыя або цвёрдафазнае спяканне пры высокай тэмпературы. Гэта звязана з тым, што прынцып працы літый-іённага акумулятара патрабуе, каб матэрыял электрода мог шматразова ўводзіць і выдаляць Li+, таму яго структура рашоткі павінна мець дастатковую стабільнасць, што патрабуе высокай крышталічнасці актыўных матэрыялаў і рэгулярнай крышталічнай структуры. Гэтага цяжка дасягнуць пры нізкіх тэмпературах, таму матэрыялы электродаў літый-іённых акумулятараў, якія выкарыстоўваюцца ў цяперашні час, у асноўным атрымліваюцца шляхам высокатэмпературнай цвёрдафазнай рэакцыі.
Вытворчая лінія па апрацоўцы катодных матэрыялаў у асноўным уключае ў сябе сістэму змешвання, сістэму спякання, сістэму драбнення, сістэму прамывання вадой (толькі з высокім утрыманнем нікеля), сістэму ўпакоўкі, сістэму транспарціроўкі парашка і інтэлектуальную сістэму кіравання.
Пры выкарыстанні працэсу мокрага змешвання ў вытворчасці катодных матэрыялаў для літый-іённых акумулятараў часта ўзнікаюць праблемы з сушкай. Розныя растваральнікі, якія выкарыстоўваюцца ў працэсе мокрага змешвання, прыводзяць да розных працэсаў і абсталявання для сушкі. У цяперашні час у працэсе мокрага змешвання ў асноўным выкарыстоўваюцца два віды растваральнікаў: неводныя растваральнікі, а менавіта арганічныя растваральнікі, такія як этанол, ацэтон і г.д.; водны растваральнік. Сушыльнае абсталяванне для мокрага змешвання катодных матэрыялаў літый-іённых акумулятараў у асноўным уключае: вакуумную ратацыйную сушылку, вакуумную грабельную сушылку, распыляльную сушылку і вакуумную стужковую сушылку.
Прамысловая вытворчасць катодных матэрыялаў для літый-іённых акумулятараў звычайна выкарыстоўвае высокатэмпературны працэс сінтэзу ў цвёрдым стане, а асноўным і ключавым абсталяваннем з'яўляецца печ для спякання. Сыравіна для вытворчасці катодных матэрыялаў літый-іённых акумулятараў раўнамерна змешваецца і сушыцца, затым загружаецца ў печ для спякання, а пасля выгружаецца з печы для працэсу драбнення і класіфікацыі. Для вытворчасці катодных матэрыялаў вельмі важныя тэхнічныя і эканамічныя паказчыкі, такія як кантроль тэмпературы, аднастайнасць тэмпературы, кантроль і аднастайнасць атмасферы, бесперапыннасць, вытворчая магутнасць, спажыванне энергіі і ступень аўтаматызацыі печы. У цяперашні час асноўным абсталяваннем для спякання, якое выкарыстоўваецца ў вытворчасці катодных матэрыялаў, з'яўляюцца штурхальныя печы, ролікавыя печы і печы з калапам.
◼ Ролікавыя печы — гэта тунэльныя печы сярэдняга памеру з бесперапынным награваннем і спяканнем.
◼ У залежнасці ад атмасферы печы, як і штурхальная печ, ролікавая печ таксама падзяляецца на паветраную печ і атмасферную печ.
- Паветраная печ: у асноўным выкарыстоўваецца для спякання матэрыялаў, якія патрабуюць акісляльнай атмасферы, такіх як матэрыялы на аснове манганата літыя, матэрыялы на аснове аксіду літыя і кобальту, трайныя матэрыялы і г.д.;
- Атмасферная печ: у асноўным выкарыстоўваецца для трайных матэрыялаў NCA, матэрыялаў на аснове фасфату літыя і жалеза (LFP), матэрыялаў графітавых анодаў і іншых матэрыялаў для спякання, якія патрабуюць абароны ад газу ў атмасферы (напрыклад, N2 або O2).
◼ У ролікавай печы выкарыстоўваецца працэс трэння качэння, таму даўжыня печы не залежыць ад сілы руху. Тэарэтычна, яна можа быць бясконцай. Характарыстыкі структуры поласці печы, лепшая кансістэнцыя пры абпале прадуктаў, а таксама вялікая структура поласці печы больш спрыяюць руху паветранага патоку ў печы, дрэнажу і выгрузцы гумы прадуктаў. Гэта пераважнае абсталяванне для замены штурхальнай печы для рэальнай масавай вытворчасці.
◼ У цяперашні час аксід літыя, кобальту, трайныя злучэнні, манганат літыя і іншыя катодныя матэрыялы літый-іённых акумулятараў спякаюцца ў паветранай ролікавай печы, фасфат літыя і жалеза спякаюцца ў ролікавай печы, абароненай азотам, а NCA спякаюцца ў ролікавай печы, абароненай кіслародам.
Матэрыял адмоўнага электрода
Асноўныя этапы базавага тэхналагічнага працэсу штучнага графіту ўключаюць папярэднюю апрацоўку, піроліз, памол шара, графітызацыю (гэта значыць тэрмічную апрацоўку, каб першапачаткова неўпарадкаваныя атамы вугляроду былі акуратна размешчаны, і ключавыя тэхнічныя звёны), змешванне, пакрыццё, прасейванне змешвання, узважванне, упакоўку і складское захоўванне. Усе аперацыі з'яўляюцца тонкімі і складанымі.
◼ Грануляцыя падзяляецца на працэс піролізу і працэс прасейвання ў шаровым млыне.
У працэсе піролізу прамежкавы матэрыял 1 змяшчаюць у рэактар, замяняюць паветра ў рэактары на N2, герметызуюць рэактар, награваюць яго электрычна ў адпаведнасці з тэмпературнай крывой, перамешваюць пры тэмпературы 200 ~ 300 ℃ на працягу 1 ~ 3 гадзін, а затым працягваюць награваць да 400 ~ 500 ℃, перамешваюць, каб атрымаць матэрыял з памерам часціц 10 ~ 20 мм, зніжаюць тэмпературу і выгружаюць, каб атрымаць прамежкавы матэрыял 2. У працэсе піролізу выкарыстоўваюцца два тыпы абсталявання: вертыкальны рэактар і абсталяванне бесперапыннага гранулявання, абодва з якіх маюць адзін і той жа прынцып. Абодва яны перамешваюць або рухаюцца пад пэўнай тэмпературнай крывой, каб змяніць склад матэрыялу і яго фізічныя і хімічныя ўласцівасці ў рэактары. Розніца заключаецца ў тым, што вертыкальны рэактар з'яўляецца камбінаваным рэжымам гарачага і халоднага рэактара. Кампаненты матэрыялу ў рэактары змяняюцца шляхам перамешвання ў адпаведнасці з тэмпературнай крывой у гарачым рэактары. Пасля завяршэння працэсу ён змяшчаецца ў ахаладжальны рэактар для астуджэння, і ў гарачы рэактар можна папаўняць рэактар. Абсталяванне бесперапыннага гранулявання забяспечвае бесперапынную працу з нізкім спажываннем энергіі і высокай прадукцыйнасцю.
◼ Карбанізацыя і графітызацыя з'яўляюцца неад'емнай часткай. Карбанізацыйная печ карбанізуе матэрыялы пры сярэдніх і нізкіх тэмпературах. Тэмпература ў карбанізацыйнай печы можа дасягаць 1600 градусаў Цэльсія, што задавальняе патрэбы карбанізацыі. Высокадакладны інтэлектуальны кантролер тэмпературы і аўтаматычная сістэма маніторынгу PLC дазваляюць дакладна кантраляваць дадзеныя, атрыманыя ў працэсе карбанізацыі.
Графітацыйная печ, у тым ліку гарызантальная высокатэмпературная, з ніжнім выкідам, вертыкальная і г.д., размяшчае графіт у графітавай гарачай зоне (вугляродзмяшчальнае асяроддзе) для спякання і плаўлення, прычым тэмпература на працягу гэтага перыяду можа дасягаць 3200 ℃.
◼ Пакрыццё
Прамежкавы матэрыял 4 транспартуецца ў сілас праз аўтаматычную сістэму транспарціроўкі, і матэрыял аўтаматычна запаўняецца ў скрыню з праметыем з дапамогай маніпулятара. Аўтаматычная сістэма транспарціроўкі транспартуе скрыню з праметыем у рэактар бесперапыннага дзеяння (роліковую печ) для пакрыцця. Атрымліваецца прамежкавы матэрыял 5 (пад абаронай азоту матэрыял награваецца да 1150 ℃ у адпаведнасці з пэўнай крывой павышэння тэмпературы на працягу 8~10 гадзін). Працэс награвання заключаецца ў награванні абсталявання з дапамогай электрычнасці, а метад награвання з'яўляецца ўскосным. Награванне ператварае высакаякасны асфальт на паверхні графітавых часціц у піралітычнае вугляроднае пакрыццё. Падчас працэсу награвання смалы ў высакаякасным асфальце кандэнсуюцца, і крышталічная марфалогія змяняецца (аморфны стан пераходзіць у крышталічны). На паверхні натуральных сферычных графітавых часціц утвараецца ўпарадкаваны мікракрышталічны вугляродны пласт, і ў выніку атрымліваецца пакрыты графітападобны матэрыял са структурай "ядро-абалонка".