Material do cátodo
Na preparación de materiais de eléctrodos inorgánicos para baterías de ións de litio, a reacción en estado sólido a alta temperatura é a máis empregada. Reacción en fase sólida a alta temperatura: refírese ao proceso no que os reactivos, incluídas as substancias en fase sólida, reaccionan durante un período de tempo a unha determinada temperatura e producen reaccións químicas mediante a difusión mutua entre varios elementos para producir os compostos máis estables a unha determinada temperatura, incluíndo a reacción sólido-sólido, a reacción sólido-gas e a reacción sólido-líquido.
Mesmo se se emprega o método sol-gel, o método de coprecipitación, o método hidrotérmico e o método solvotérmico, normalmente requírese unha reacción en fase sólida ou a sinterización en fase sólida a alta temperatura. Isto débese a que o principio de funcionamento da batería de ións de litio require que o material do seu eléctrodo poida inserir e retirar li+ repetidamente, polo que a súa estrutura reticular debe ter unha estabilidade suficiente, o que require que a cristalinidade dos materiais activos sexa alta e a estrutura cristalina sexa regular. Isto é difícil de conseguir en condicións de baixa temperatura, polo que os materiais de eléctrodo das baterías de ións de litio que se usan na actualidade obtéñense basicamente mediante unha reacción en estado sólido a alta temperatura.
A liña de produción de procesamento de materiais catódicos inclúe principalmente un sistema de mestura, un sistema de sinterización, un sistema de trituración, un sistema de lavado con auga (só con alto contido de níquel), un sistema de envasado, un sistema de transporte de po e un sistema de control intelixente.
Cando se emprega o proceso de mestura húmida na produción de materiais catódicos para baterías de ións de litio, adoitan xurdir problemas de secado. Os diferentes solventes empregados no proceso de mestura húmida darán lugar a diferentes procesos e equipos de secado. Na actualidade, utilízanse principalmente dous tipos de solventes no proceso de mestura húmida: solventes non acuosos, concretamente solventes orgánicos como etanol, acetona, etc.; e solvente acuoso. O equipo de secado para a mestura húmida de materiais catódicos de baterías de ións de litio inclúe principalmente: secador rotatorio ao baleiro, secador de rastrillo ao baleiro, secador por pulverización e secador de cinta ao baleiro.
A produción industrial de materiais catódicos para baterías de ións de litio adoita adoptar un proceso de síntese de sinterización de estado sólido a alta temperatura, e o seu núcleo e equipo clave é o forno de sinterización. As materias primas para a produción de materiais catódicos para baterías de ións de litio mestúranse e sécanse uniformemente, logo cárganse no forno para a sinterización e logo descárganse do forno para o proceso de trituración e clasificación. Para a produción de materiais catódicos, os indicadores técnicos e económicos como a temperatura de control de temperatura, a uniformidade da temperatura, o control e uniformidade da atmosfera, a continuidade, a capacidade de produción, o consumo de enerxía e o grao de automatización do forno son moi importantes. Na actualidade, os principais equipos de sinterización utilizados na produción de materiais catódicos son o forno de empuxe, o forno de rolos e o forno de campá de cristal.
◼ O forno de rolos é un forno de túnel de tamaño medio con quecemento e sinterización continuos.
◼ Segundo a atmosfera do forno, como o forno de empuxe, o forno de rolos tamén se divide en forno de aire e forno de atmosfera.
- Forno de aire: úsase principalmente para a sinterización de materiais que requiren unha atmosfera oxidante, como materiais de manganato de litio, materiais de óxido de litio e cobalto, materiais ternarios, etc.;
- Forno de atmosfera: úsase principalmente para materiais ternarios NCA, materiais de fosfato de ferro e litio (LFP), materiais de ánodo de grafito e outros materiais de sinterización que requiren protección de gas atmosférico (como N2 ou O2).
◼ O forno de rolos adopta un proceso de fricción por laminación, polo que a lonxitude do forno non se verá afectada pola forza de propulsión. Teoricamente, pode ser infinita. As características da estrutura da cavidade do forno, unha mellor consistencia ao cocer os produtos e a gran estrutura da cavidade do forno son máis propicias para o movemento do fluxo de aire no forno e a drenaxe e a descarga de goma dos produtos. É o equipo preferido para substituír o forno de empuxe para realizar realmente a produción a grande escala.
◼ Na actualidade, o óxido de cobalto e litio, o ternario, o manganato de litio e outros materiais catódicos das baterías de ións de litio sinterízanse nun forno de rolos de aire, mentres que o fosfato de ferro e litio sinterízase nun forno de rolos protexido por nitróxeno e o NCA sinterízase nun forno de rolos protexido por osíxeno.
Material do eléctrodo negativo
Os pasos principais do fluxo básico do proceso de grafito artificial inclúen o pretratamento, a pirólise, a moenda con bólas, a grafitización (é dicir, o tratamento térmico para que os átomos de carbono orixinalmente desordenados estean dispostos ordenadamente e as conexións técnicas clave), a mestura, o revestimento, a mestura, o cribado, a pesaxe, o envasado e o almacenamento. Todas as operacións son finas e complexas.
◼ A granulación divídese en proceso de pirólise e proceso de cribado con moenda de bolas.
No proceso de pirólise, introdúcese o material intermedio 1 no reactor, substitúese o aire do reactor por N2, sélase o reactor, quéntase electricamente segundo a curva de temperatura, axítase a 200 ~ 300 ℃ durante 1 ~ 3 h e, a continuación, continúa quentándoo a 400 ~ 500 ℃, axítase para obter material cun tamaño de partícula de 10 ~ 20 mm, baixa a temperatura e descárgao para obter o material intermedio 2. Hai dous tipos de equipos utilizados no proceso de pirólise, o reactor vertical e o equipo de granulación continua, ambos co mesmo principio. Ambos axítanse ou móvense baixo unha determinada curva de temperatura para cambiar a composición do material e as propiedades físicas e químicas no reactor. A diferenza é que a chaleira vertical é un modo combinado de chaleira quente e chaleira fría. Os compoñentes do material na chaleira cambian axitando segundo a curva de temperatura na chaleira quente. Unha vez finalizado, colócase na chaleira de arrefriamento para arrefriar e pódese alimentar a chaleira quente. O equipo de granulación continua realiza un funcionamento continuo, cun baixo consumo de enerxía e un alto rendemento.
◼ A carbonización e a grafitización son unha parte indispensable. O forno de carbonización carboniza os materiais a temperaturas medias e baixas. A temperatura do forno de carbonización pode alcanzar os 1600 graos Celsius, o que pode satisfacer as necesidades da carbonización. O controlador de temperatura intelixente de alta precisión e o sistema de monitorización automática PLC farán que os datos xerados no proceso de carbonización sexan controlados con precisión.
O forno de grafitización, incluíndo o forno horizontal de alta temperatura, o forno de baixa descarga, o forno vertical, etc., coloca o grafito na zona quente de grafito (ambiente que contén carbono) para a sinterización e a fusión, e a temperatura durante este período pode alcanzar os 3200 ℃.
◼ Revestimento
O material intermedio 4 transpórtase ao silo a través do sistema de transporte automático e o manipulador introduce automaticamente a caixa de prometio. O sistema de transporte automático transporta a caixa de prometio ao reactor continuo (forno de rolos) para o seu revestimento. Obtén o material intermedio 5 (baixo a protección de nitróxeno, o material quéntase a 1150 ℃ segundo unha determinada curva de aumento de temperatura durante 8~10 h). O proceso de quentamento consiste en quentar o equipo mediante electricidade e o método de quentamento é indirecto. O quentamento converte o asfalto de alta calidade na superficie das partículas de grafito nun revestimento de carbono pirolítico. Durante o proceso de quentamento, as resinas do asfalto de alta calidade condénsanse e a morfoloxía cristalina transfórmase (o estado amorfo transfórmase no estado cristalino). Fórmase unha capa de carbono microcristalino ordenada na superficie das partículas de grafito esféricas naturais e, finalmente, obténse un material revestido similar ao grafito cunha estrutura de "núcleo-casca".