Kathodenmaterial
Bei der Herstellung anorganischer Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien wird am häufigsten die Hochtemperatur-Festkörperreaktion eingesetzt.Hochtemperatur-Festphasenreaktion: bezieht sich auf den Prozess, bei dem die Reaktanten, einschließlich Festphasensubstanzen, über einen bestimmten Zeitraum bei einer bestimmten Temperatur reagieren und durch die gegenseitige Diffusion zwischen verschiedenen Elementen chemische Reaktionen hervorrufen, um bei einer bestimmten Temperatur die stabilsten Verbindungen zu erzeugen , einschließlich Fest-Fest-Reaktion, Fest-Gas-Reaktion und Fest-Flüssigkeit-Reaktion.
Selbst wenn Sol-Gel-Verfahren, Kopräzipitationsverfahren, hydrothermale Verfahren und solvothermale Verfahren verwendet werden, ist normalerweise eine Festphasenreaktion oder Festphasensinterung bei hoher Temperatur erforderlich.Dies liegt daran, dass das Funktionsprinzip von Lithium-Ionen-Batterien erfordert, dass ihr Elektrodenmaterial wiederholt Li+ einfügen und entfernen kann, sodass ihre Gitterstruktur eine ausreichende Stabilität aufweisen muss, was erfordert, dass die Kristallinität der aktiven Materialien hoch und die Kristallstruktur regelmäßig sein sollte .Da dies bei niedrigen Temperaturen nur schwer zu erreichen ist, werden die Elektrodenmaterialien der derzeit tatsächlich verwendeten Lithium-Ionen-Batterien im Wesentlichen durch Hochtemperatur-Festkörperreaktionen gewonnen.
Die Produktionslinie für die Kathodenmaterialverarbeitung umfasst hauptsächlich ein Mischsystem, ein Sintersystem, ein Zerkleinerungssystem, ein Wasserwaschsystem (nur hoher Nickelgehalt), ein Verpackungssystem, ein Pulverfördersystem und ein intelligentes Steuerungssystem.
Beim Einsatz des Nassmischverfahrens bei der Herstellung von Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien treten häufig Trocknungsprobleme auf.Unterschiedliche Lösungsmittel, die beim Nassmischprozess verwendet werden, führen zu unterschiedlichen Trocknungsprozessen und -geräten.Derzeit werden im Nassmischprozess hauptsächlich zwei Arten von Lösungsmitteln verwendet: nichtwässrige Lösungsmittel, nämlich organische Lösungsmittel wie Ethanol, Aceton usw.;Wasserlösungsmittel.Die Trocknungsausrüstung zum Nassmischen von Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien umfasst hauptsächlich: Vakuum-Rotationstrockner, Vakuum-Rechentrockner, Sprühtrockner, Vakuumbandtrockner.
Bei der industriellen Produktion von Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien wird in der Regel ein Hochtemperatur-Festkörpersintersyntheseverfahren eingesetzt, dessen Kern- und Schlüsselausrüstung der Sinterofen ist.Die Rohstoffe für die Herstellung von Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien werden gleichmäßig gemischt und getrocknet, dann zum Sintern in den Ofen geladen und dann aus dem Ofen in den Zerkleinerungs- und Klassifizierungsprozess entladen.Für die Herstellung von Kathodenmaterialien sind die technischen und wirtschaftlichen Indikatoren wie Temperiertemperatur, Temperaturgleichmäßigkeit, Atmosphärenkontrolle und -gleichmäßigkeit, Kontinuität, Produktionskapazität, Energieverbrauch und Automatisierungsgrad des Ofens von großer Bedeutung.Derzeit werden bei der Herstellung von Kathodenmaterialien hauptsächlich Stoßöfen, Rollenöfen und Glockenöfen als Sinteranlagen eingesetzt.
◼ Rollenofen ist ein mittelgroßer Tunnelofen mit kontinuierlicher Erwärmung und Sinterung.
◼ Entsprechend der Ofenatmosphäre wird auch der Rollenofen wie der Schubofen in Luftofen und Atmosphärenofen unterteilt.
- Luftofen: Wird hauptsächlich zum Sintern von Materialien verwendet, die eine oxidierende Atmosphäre erfordern, wie z. B. Lithiummanganatmaterialien, Lithiumkobaltoxidmaterialien, ternäre Materialien usw.;
- Atmosphärenofen: Wird hauptsächlich für ternäre NCA-Materialien, Lithiumeisenphosphat (LFP)-Materialien, Graphitanodenmaterialien und andere Sintermaterialien verwendet, die einen Atmosphärengasschutz (z. B. N2 oder O2) benötigen.
◼ Der Rollenofen nutzt den Rollreibungsprozess, sodass die Länge des Ofens nicht durch die Antriebskraft beeinflusst wird.Theoretisch kann es unendlich sein.Die Eigenschaften der Ofenhohlraumstruktur, eine bessere Konsistenz beim Brennen von Produkten und die große Ofenhohlraumstruktur begünstigen die Bewegung des Luftstroms im Ofen sowie die Entwässerung und Gummiabgabe der Produkte.Es ist die bevorzugte Ausrüstung als Ersatz für den Schubofen, um wirklich eine Produktion in großem Maßstab zu realisieren.
◼ Derzeit werden Lithiumkobaltoxid, ternäres Lithiummanganat und andere Kathodenmaterialien von Lithium-Ionen-Batterien in einem Luftwalzenofen gesintert, während Lithiumeisenphosphat in einem durch Stickstoff geschützten Walzenofen gesintert wird und NCA in einer Walze gesintert wird Ofen durch Sauerstoff geschützt.
Negatives Elektrodenmaterial
Zu den Hauptschritten des grundlegenden Prozessablaufs von künstlichem Graphit gehören Vorbehandlung, Pyrolyse, Mahlen von Kugeln, Graphitisierung (d. h. Wärmebehandlung, damit die ursprünglich ungeordneten Kohlenstoffatome sauber angeordnet werden und die wichtigsten technischen Verbindungen hergestellt werden), Mischen, Beschichten und Mischen Sieben, Wiegen, Verpacken und Lagern.Alle Vorgänge sind fein und komplex.
◼ Die Granulierung ist in den Pyrolyseprozess und den Kugelmühlen-Siebprozess unterteilt.
Geben Sie im Pyrolyseprozess Zwischenmaterial 1 in den Reaktor, ersetzen Sie die Luft im Reaktor durch N2, verschließen Sie den Reaktor, erhitzen Sie ihn elektrisch gemäß der Temperaturkurve, rühren Sie ihn 1 bis 3 Stunden lang bei 200 bis 300 °C und fahren Sie dann fort Um es auf 400 bis 500 °C zu erhitzen, rühren Sie es um, um Material mit einer Partikelgröße von 10 bis 20 mm zu erhalten, senken Sie die Temperatur und entladen Sie es, um Zwischenmaterial 2 zu erhalten. Im Pyrolyseprozess werden zwei Arten von Geräten verwendet: Vertikalreaktor und kontinuierlicher Granulieranlagen, die beide das gleiche Prinzip haben.Beide rühren oder bewegen sich unter einer bestimmten Temperaturkurve, um die Materialzusammensetzung sowie die physikalischen und chemischen Eigenschaften im Reaktor zu verändern.Der Unterschied besteht darin, dass der vertikale Wasserkocher ein Kombinationsmodus aus Heißkessel und Kaltkessel ist.Die Stoffbestandteile im Kessel werden durch Rühren entsprechend der Temperaturkurve im heißen Kessel verändert.Nach der Fertigstellung wird es zum Abkühlen in den Kühlkessel gegeben und der heiße Kessel kann beschickt werden.Kontinuierliche Granulationsanlagen ermöglichen einen kontinuierlichen Betrieb mit geringem Energieverbrauch und hoher Leistung.
◼ Karbonisierung und Graphitisierung sind ein unverzichtbarer Bestandteil.Der Schwelofen verkohlt die Materialien bei mittleren und niedrigen Temperaturen.Die Temperatur des Karbonisierungsofens kann 1600 Grad Celsius erreichen, was den Anforderungen der Karbonisierung gerecht werden kann.Der hochpräzise intelligente Temperaturregler und das automatische SPS-Überwachungssystem ermöglichen eine genaue Steuerung der im Karbonisierungsprozess erzeugten Daten.
Graphitisierungsöfen, einschließlich horizontaler Hochtemperaturöfen, niedrigerer Entladung, vertikaler Öfen usw., platzieren Graphit zum Sintern und Schmelzen in einer Graphit-Heißzone (kohlenstoffhaltige Umgebung). Die Temperatur kann in diesem Zeitraum 3200 °C erreichen.
◼ Beschichtung
Das Zwischenmaterial 4 wird über das automatische Fördersystem zum Silo transportiert und vom Manipulator automatisch in die Promethiumbox gefüllt.Das automatische Fördersystem transportiert das Box-Promethium zur Beschichtung zum kontinuierlichen Reaktor (Rollenofen). Erhalten Sie das Zwischenmaterial 5 (unter dem Schutz von Stickstoff wird das Material gemäß einer bestimmten Temperaturanstiegskurve für 8 bis 10 Stunden auf 1150 °C erhitzt. Der Heizprozess besteht darin, die Ausrüstung durch Elektrizität zu erhitzen, und die Heizmethode ist indirekt. Durch die Erwärmung werden die Graphitpartikel auf der Oberfläche des hochwertigen Asphalts in pyrolytische Kohlenstoffbeschichtung umgewandelt kondensieren und die Kristallmorphologie wird umgewandelt (amorpher Zustand wird in kristallinen Zustand umgewandelt). Auf der Oberfläche natürlicher kugelförmiger Graphitpartikel bildet sich eine geordnete mikrokristalline Kohlenstoffschicht und schließlich entsteht ein beschichtetes graphitähnliches Material mit einer „Kern-Schale“-Struktur erhalten