Katodni materijal
U pripremi anorganskih elektrodnih materijala za litij-ionske baterije, najčešće se koristi visokotemperaturna reakcija u čvrstom stanju. Visokotemperaturna reakcija u čvrstom stanju: odnosi se na proces u kojem reaktanti, uključujući tvari u čvrstoj fazi, reagiraju određeno vrijeme na određenoj temperaturi i proizvode kemijske reakcije međusobnom difuzijom između različitih elemenata kako bi se proizveli najstabilniji spojevi na određenoj temperaturi, uključujući reakciju čvrsto-čvrsto, reakciju čvrsto-plin i reakciju čvrsto-tekućina.
Čak i ako se koriste sol-gel metoda, metoda koprecipitacije, hidrotermalna metoda i solvotermalna metoda, obično je potrebna reakcija u čvrstom stanju ili sinteriranje u čvrstom stanju na visokoj temperaturi. To je zato što princip rada litij-ionske baterije zahtijeva da materijal elektrode može više puta umetnuti i ukloniti Li+, pa njezina rešetkasta struktura mora imati dovoljnu stabilnost, što zahtijeva visoku kristalnost aktivnih materijala i pravilnu kristalnu strukturu. To je teško postići pri niskim temperaturama, pa se materijali elektroda litij-ionskih baterija koji se trenutno koriste u osnovi dobivaju visokotemperaturnom reakcijom u čvrstom stanju.
Proizvodna linija za obradu katodnog materijala uglavnom uključuje sustav miješanja, sustav sinteriranja, sustav drobljenja, sustav pranja vodom (samo visoki nikl), sustav pakiranja, sustav transporta praha i inteligentni sustav upravljanja.
Kada se postupak mokrog miješanja koristi u proizvodnji katodnih materijala za litij-ionske baterije, često se javljaju problemi sa sušenjem. Različita otapala koja se koriste u postupku mokrog miješanja dovest će do različitih postupaka i opreme za sušenje. Trenutno se u postupku mokrog miješanja uglavnom koriste dvije vrste otapala: nevodena otapala, naime organska otapala poput etanola, acetona itd.; vodeno otapalo. Oprema za sušenje za mokro miješanje katodnih materijala litij-ionskih baterija uglavnom uključuje: vakuumsku rotacijsku sušilicu, vakuumsku sušilicu s grabljama, sušilicu raspršivanjem i vakuumsku trakastu sušilicu.
Industrijska proizvodnja katodnih materijala za litij-ionske baterije obično usvaja visokotemperaturni proces sinteze sinteriranjem u čvrstom stanju, a njegova glavna i ključna oprema je peć za sinteriranje. Sirovine za proizvodnju katodnih materijala litij-ionskih baterija ravnomjerno se miješaju i suše, zatim se utovaruju u peć za sinteriranje, a zatim se istovaruju iz peći u proces drobljenja i klasifikacije. Za proizvodnju katodnih materijala vrlo su važni tehnički i ekonomski pokazatelji poput temperature kontrole temperature, ujednačenosti temperature, kontrole i ujednačenosti atmosfere, kontinuiteta, proizvodnog kapaciteta, potrošnje energije i stupnja automatizacije peći. Trenutno su glavna oprema za sinteriranje koja se koristi u proizvodnji katodnih materijala potisna peć, valjkasta peć i peć sa staklenim zvonom.
◼ Valjkasta peć je tunelska peć srednje veličine s kontinuiranim zagrijavanjem i sinteriranjem.
◼ Prema atmosferi peći, kao i potisna peć, valjkasta peć se također dijeli na zračnu peć i atmosfersku peć.
- Zračna peć: uglavnom se koristi za sinteriranje materijala koji zahtijevaju oksidacijsku atmosferu, kao što su materijali litijevog manganata, materijali litijevog kobalt oksida, ternarni materijali itd.;
- Atmosferska peć: uglavnom se koristi za NCA ternarne materijale, litij-željezo-fosfatne (LFP) materijale, grafitne anodne materijale i druge materijale za sinteriranje kojima je potrebna zaštita atmosfere plinom (kao što su N2 ili O2).
◼ Valjkasta peć koristi proces trenja kotrljanja, tako da duljina peći neće biti pod utjecajem pogonske sile. Teoretski, može biti beskonačna. Karakteristike strukture šupljine peći, bolja konzistentnost pri pečenju proizvoda i velika struktura šupljine peći pogoduju kretanju protoka zraka u peći te odvodnji i pražnjenju proizvoda. To je poželjna oprema za zamjenu potisne peći kako bi se ostvarila velika proizvodnja.
◼ Trenutno se litijev kobalt oksid, ternarni litijev manganat i drugi katodni materijali litijevih baterija sinteriraju u valjkastoj peći s zračnom pumpom, dok se litijev željezov fosfat sinterira u valjkastoj peći zaštićenoj dušikom, a NCA se sinterira u valjkastoj peći zaštićenoj kisikom.
Materijal negativne elektrode
Glavni koraci osnovnog tijeka procesa proizvodnje umjetnog grafita uključuju prethodnu obradu, pirolizu, mljevenje kugle, grafitizaciju (tj. toplinsku obradu, tako da su izvorno neuređeni atomi ugljika uredno raspoređeni i ključne tehničke veze), miješanje, premazivanje, miješanje, prosijavanje, vaganje, pakiranje i skladištenje. Sve operacije su fine i složene.
◼ Granulacija se dijeli na proces pirolize i proces prosijavanja kugličnim mljevenjem.
U procesu pirolize, međuprodukt 1 se stavlja u reaktor, zrak u reaktoru se zamjenjuje s N2, reaktor se zatvara, električno se zagrijava prema temperaturnoj krivulji, miješa se na 200 ~ 300 ℃ tijekom 1 ~ 3 sata, a zatim se nastavlja zagrijavati na 400 ~ 500 ℃, miješa se dok se ne dobije materijal veličine čestica od 10 ~ 20 mm, snižava se temperatura i ispušta se kako bi se dobio međuprodukt 2. U procesu pirolize koriste se dvije vrste opreme: vertikalni reaktor i oprema za kontinuiranu granulaciju, a obje imaju isti princip. Obje se miješaju ili kreću pod određenom temperaturnom krivuljom kako bi se promijenio sastav materijala te fizikalna i kemijska svojstva u reaktoru. Razlika je u tome što je vertikalni kotao kombinacija vrućeg i hladnog kotla. Komponente materijala u kotlu mijenjaju se miješanjem prema temperaturnoj krivulji u vrućem kotlu. Nakon završetka, stavlja se u rashladni kotao radi hlađenja, a vrući kotao se može puniti. Oprema za kontinuiranu granulaciju ostvaruje kontinuirani rad, s niskom potrošnjom energije i visokim učinkom.
◼ Karbonizacija i grafitizacija su neizostavan dio. Peć za karbonizaciju karbonizira materijale na srednjim i niskim temperaturama. Temperatura peći za karbonizaciju može doseći 1600 stupnjeva Celzija, što zadovoljava potrebe karbonizacije. Visokoprecizni inteligentni regulator temperature i automatski PLC sustav nadzora omogućit će preciznu kontrolu podataka generiranih u procesu karbonizacije.
Grafitizacijska peć, uključujući horizontalnu visokotemperaturnu, peć s donjim pražnjenjem, vertikalnu itd., stavlja grafit u vruću zonu grafita (okolina koja sadrži ugljik) za sinteriranje i taljenje, a temperatura tijekom tog razdoblja može doseći 3200 ℃.
◼ Premaz
Međuprodukt 4 se transportira u silos putem automatskog transportnog sustava, a materijal se automatski puni u kutiju prometija pomoću manipulatora. Automatski transportni sustav transportira kutiju prometija u kontinuirani reaktor (valjanu peć) za premazivanje. Dobije se međuprodukt 5 (pod zaštitom dušika, materijal se zagrijava na 1150 ℃ prema određenoj krivulji porasta temperature tijekom 8~10 sati. Proces zagrijavanja je zagrijavanje opreme električnom energijom, a metoda zagrijavanja je neizravna. Zagrijavanje pretvara visokokvalitetni asfalt na površini grafitnih čestica u pirolitičku ugljičnu prevlaku. Tijekom procesa zagrijavanja, smole u visokokvalitetnom asfaltu se kondenziraju, a kristalna morfologija se transformira (amorfno stanje se transformira u kristalno stanje). Na površini prirodnih sferičnih grafitnih čestica formira se uređeni mikrokristalni ugljični sloj, te se na kraju dobiva obloženi materijal sličan grafitu sa strukturom "jezgra-ljuska".