Katodo medžiaga
Ruošiant neorganines ličio jonų akumuliatorių elektrodų medžiagas, dažniausiai naudojama aukštos temperatūros kietosios fazės reakcija. Aukštos temperatūros kietosios fazės reakcija: tai procesas, kai reagentai, įskaitant kietosios fazės medžiagas, tam tikrą laiką reaguoja tam tikroje temperatūroje ir dėl abipusės difuzijos tarp įvairių elementų sukelia chemines reakcijas, kad tam tikroje temperatūroje susidarytų stabiliausi junginiai, įskaitant kietosios fazės reakciją, kietosios fazės ir dujų reakciją bei kietosios fazės ir skysčio reakciją.
Net jei naudojamas zolio-gelio metodas, bendro nusodinimo metodas, hidroterminis metodas ir solvoterminis metodas, paprastai reikalinga kietosios fazės reakcija arba kietosios fazės sukepinimas aukštoje temperatūroje. Taip yra todėl, kad ličio jonų akumuliatoriaus veikimo principas reikalauja, kad jo elektrodų medžiaga galėtų pakartotinai įterpti ir pašalinti li+, todėl jo grotelių struktūra turi būti pakankamai stabili, o tai reikalauja, kad aktyviųjų medžiagų kristališkumas būtų didelis, o kristalinė struktūra – taisyklinga. Tai sunku pasiekti žemoje temperatūroje, todėl šiuo metu naudojamų ličio jonų akumuliatorių elektrodų medžiagos iš esmės gaunamos aukštos temperatūros kietosios fazės reakcijos būdu.
Katodinių medžiagų perdirbimo gamybos liniją daugiausia sudaro maišymo sistema, sukepinimo sistema, smulkinimo sistema, vandens plovimo sistema (tik su dideliu nikelio kiekiu), pakavimo sistema, miltelių transportavimo sistema ir išmanioji valdymo sistema.
Kai ličio jonų akumuliatorių katodinių medžiagų gamyboje naudojamas šlapio maišymo procesas, dažnai kyla džiovinimo problemų. Skirtingi šlapio maišymo procese naudojami tirpikliai lemia skirtingus džiovinimo procesus ir įrangą. Šiuo metu šlapio maišymo procese daugiausia naudojami dviejų rūšių tirpikliai: nevandeniniai tirpikliai, būtent organiniai tirpikliai, tokie kaip etanolis, acetonas ir kt.; vandens tirpiklis. Džiovinimo įranga, skirta ličio jonų akumuliatorių katodinių medžiagų šlapiam maišymui, daugiausia apima: vakuuminį rotacinį džiovintuvą, vakuuminį grėbimo džiovintuvą, purškiamąjį džiovintuvą, vakuuminį juostinį džiovintuvą.
Pramoninėje ličio jonų akumuliatorių katodinių medžiagų gamyboje paprastai naudojamas aukštos temperatūros kietojo kūno sukepinimo sintezės procesas, o pagrindinė įranga yra sukepinimo krosnis. Ličio jonų akumuliatorių katodinių medžiagų gamybos žaliavos yra tolygiai sumaišomos ir išdžiovinamos, tada pakraunamos į krosnį sukepinimui, o tada iškraunamos iš krosnies į smulkinimo ir klasifikavimo procesą. Katodinių medžiagų gamyboje labai svarbūs techniniai ir ekonominiai rodikliai, tokie kaip temperatūros kontrolė, temperatūros vienodumas, atmosferos kontrolė ir vienodumas, tęstinumas, gamybos pajėgumai, energijos suvartojimas ir krosnies automatizavimo laipsnis. Šiuo metu pagrindinė katodinių medžiagų gamyboje naudojama sukepinimo įranga yra stūmimo krosnis, ritininė krosnis ir varpinė krosnis.
◼ Ritininė krosnis yra vidutinio dydžio tunelinė krosnis su nuolatiniu kaitinimu ir sukepinimu.
Pagal krosnies atmosferą, kaip ir stūmimo krosnis, ritininė krosnis taip pat skirstoma į oro krosnį ir atmosferos krosnį.
- Oro krosnis: daugiausia naudojama oksiduojančioms medžiagoms, tokioms kaip ličio mangano medžiagos, ličio kobalto oksido medžiagos, trijų komponentų medžiagos ir kt., sukepinti;
- Atmosferos krosnis: daugiausia naudojama NCA trijų komponentų medžiagoms, ličio geležies fosfato (LFP) medžiagoms, grafito anodų medžiagoms ir kitoms sukepinimo medžiagoms, kurioms reikalinga atmosferos (pvz., N2 arba O2) dujų apsauga.
◼ Ritininėje krosnyje naudojamas riedėjimo trinties procesas, todėl krosnies ilgiui įtakos neturi varomoji jėga. Teoriškai jis gali būti neribotas. Krosnies ertmės struktūros savybės, geresnis gaminių konsistencija degant, o didelė krosnies ertmės struktūra yra palankesnė oro srautui krosnyje ir gaminių drenažui bei guminiam išleidimui. Tai yra pageidaujama įranga, pakeičianti stūmimo krosnį, siekiant iš tikrųjų įgyvendinti didelio masto gamybą.
Šiuo metu ličio kobalto oksidas, trinaris, ličio manganatas ir kitos ličio jonų akumuliatorių katodinės medžiagos yra sukepinamos oro ritininėje krosnyje, o ličio geležies fosfatas – azoto apsaugotoje ritininėje krosnyje, o NCA – deguonimi apsaugotoje ritininėje krosnyje.
Neigiamo elektrodo medžiaga
Pagrindiniai dirbtinio grafito gamybos proceso etapai apima išankstinį apdorojimą, pirolizę, rutulinį šlifavimą, grafitizavimą (t. y. terminį apdorojimą, kad iš pradžių netvarkingai išdėstyti anglies atomai būtų tvarkingai išdėstyti ir pagrindinės techninės jungtys būtų sujungtos), maišymą, dengimą, maišymą, sijojimą, svėrimą, pakavimą ir sandėliavimą. Visos operacijos yra tikslios ir sudėtingos.
◼ Granuliavimas skirstomas į pirolizės procesą ir rutulinio malimo sijojimo procesą.
Pirolizės procese į reaktorių įdedama tarpinė medžiaga 1, reaktoriaus oras pakeičiamas N2, reaktorius sandariai uždaromas, elektra kaitinama pagal temperatūros kreivę, maišoma 200–300 ℃ temperatūroje 1–3 valandas, o tada toliau kaitinama iki 400–500 ℃, maišoma, kol gaunama 10–20 mm dalelių dydžio medžiaga, sumažinama temperatūra ir išleidžiama, kad būtų gauta tarpinė medžiaga 2. Pirolizės procese naudojama dviejų rūšių įranga: vertikalus reaktorius ir nepertraukiamo granuliavimo įranga, kurių abiejų principas yra tas pats. Abi jos maišomos arba juda pagal tam tikrą temperatūros kreivę, kad pakeistų medžiagos sudėtį ir fizikines bei chemines savybes reaktoriuje. Skirtumas tas, kad vertikalus katilas yra karšto ir šalto katilo derinys. Maišant medžiagos komponentai katile keičiami pagal karšto katilo temperatūros kreivę. Užbaigus procesą, medžiaga dedama į aušinimo katilą aušinimui, o karštas katilas gali būti tiekiamas. Nepertraukiamo granuliavimo įranga užtikrina nepertraukiamą veikimą, mažą energijos suvartojimą ir didelį našumą.
◼ Karbonizavimas ir grafitizavimas yra neatsiejama dalis. Karbonizavimo krosnis karbonizuoja medžiagas vidutinėje ir žemoje temperatūroje. Karbonizavimo krosnies temperatūra gali siekti 1600 laipsnių Celsijaus, o tai gali patenkinti karbonizavimo poreikius. Didelio tikslumo išmanusis temperatūros reguliatorius ir automatinė PLC stebėjimo sistema leis tiksliai kontroliuoti karbonizavimo procese gautus duomenis.
Grafitizacijos krosnys, įskaitant horizontalią aukštą temperatūrą, žemo išleidimo anglį, vertikalią ir kt., grafitą įdeda į grafito karštąją zoną (anglies turinčią aplinką) sukepinimui ir lydymui, o temperatūra per šį laikotarpį gali siekti 3200 ℃.
◼ Danga
Tarpinė medžiaga 4 per automatinę transportavimo sistemą transportuojama į silosą, o manipuliatorius automatiškai užpildo medžiagą promečio dėžėje. Automatinė transportavimo sistema perkelia promečio dėžę į nepertraukiamo veikimo reaktorių (ritininę krosnį) padengimui. Gaunama tarpinė medžiaga 5 (apsaugota azoto atmosferoje, medžiaga 8–10 val. kaitinama iki 1150 ℃ pagal tam tikrą temperatūros kilimo kreivę). Šildymo procesas yra įrangos šildymas elektra, o šildymo būdas yra netiesioginis. Šildymo metu aukštos kokybės asfaltas ant grafito dalelių paviršiaus paverčiamas pirolizine anglies danga. Šildymo proceso metu aukštos kokybės asfalto dervos kondensuojasi ir keičiasi kristalinė morfologija (amorfinė būsena virsta kristaline). Ant natūralių sferinių grafito dalelių paviršiaus susidaro tvarkingas mikrokristalinis anglies sluoksnis ir galiausiai gaunama padengta grafito tipo medžiaga su „šerdies-apvalkalo“ struktūra.