Vật liệu Catốt
Trong quá trình chế tạo vật liệu điện cực vô cơ cho pin lithium ion, phản ứng trạng thái rắn nhiệt độ cao là phương pháp thường được sử dụng nhất. Phản ứng pha rắn nhiệt độ cao: là quá trình các chất phản ứng bao gồm các chất pha rắn phản ứng trong một khoảng thời gian ở một nhiệt độ nhất định và tạo ra các phản ứng hóa học thông qua sự khuếch tán lẫn nhau giữa các nguyên tố khác nhau để tạo ra các hợp chất ổn định nhất ở một nhiệt độ nhất định, bao gồm phản ứng rắn-rắn, phản ứng rắn-khí và phản ứng rắn-lỏng.
Ngay cả khi sử dụng phương pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp thủy nhiệt và phương pháp dung môi nhiệt, phản ứng pha rắn hoặc thiêu kết pha rắn ở nhiệt độ cao thường là cần thiết. Điều này là do nguyên lý hoạt động của pin lithium-ion yêu cầu vật liệu điện cực của nó có thể liên tục chèn và loại bỏ li+, do đó cấu trúc mạng của nó phải có độ ổn định đủ, điều này đòi hỏi độ kết tinh của vật liệu hoạt động phải cao và cấu trúc tinh thể phải đều đặn. Điều này khó đạt được trong điều kiện nhiệt độ thấp, do đó vật liệu điện cực của pin lithium-ion thực sự được sử dụng hiện nay về cơ bản thu được thông qua phản ứng trạng thái rắn ở nhiệt độ cao.
Dây chuyền sản xuất chế biến vật liệu catốt chủ yếu bao gồm hệ thống trộn, hệ thống thiêu kết, hệ thống nghiền, hệ thống rửa nước (chỉ có niken cao), hệ thống đóng gói, hệ thống vận chuyển bột và hệ thống điều khiển thông minh.
Khi quá trình trộn ướt được sử dụng trong sản xuất vật liệu catốt cho pin lithium-ion, thường gặp phải vấn đề sấy. Các dung môi khác nhau được sử dụng trong quá trình trộn ướt sẽ dẫn đến các quy trình và thiết bị sấy khác nhau. Hiện nay, chủ yếu có hai loại dung môi được sử dụng trong quá trình trộn ướt: dung môi không chứa nước, cụ thể là dung môi hữu cơ như etanol, axeton, v.v.; Dung môi nước. Thiết bị sấy để trộn ướt vật liệu catốt của pin lithium-ion chủ yếu bao gồm: máy sấy quay chân không, máy sấy cào chân không, máy sấy phun, máy sấy băng chân không.
Sản xuất công nghiệp vật liệu catốt cho pin lithium-ion thường áp dụng quy trình tổng hợp thiêu kết trạng thái rắn nhiệt độ cao và thiết bị cốt lõi và quan trọng của nó là lò thiêu kết. Nguyên liệu thô để sản xuất vật liệu catốt của pin lithium-ion được trộn đều và sấy khô, sau đó được đưa vào lò để thiêu kết, sau đó được dỡ khỏi lò vào quy trình nghiền và phân loại. Đối với sản xuất vật liệu catốt, các chỉ số kỹ thuật và kinh tế như nhiệt độ kiểm soát nhiệt độ, độ đồng đều nhiệt độ, kiểm soát và đồng đều khí quyển, tính liên tục, công suất sản xuất, mức tiêu thụ năng lượng và mức độ tự động hóa của lò là rất quan trọng. Hiện nay, các thiết bị thiêu kết chính được sử dụng trong sản xuất vật liệu catốt là lò đẩy, lò lăn và lò hình chuông.
◼ Lò nung con lăn là lò nung đường hầm cỡ trung bình có chức năng gia nhiệt và thiêu kết liên tục.
◼ Theo bầu không khí của lò, giống như lò đẩy, lò lăn cũng được chia thành lò không khí và lò khí quyển.
- Lò không khí: chủ yếu dùng để thiêu kết các vật liệu cần môi trường oxy hóa như vật liệu lithium manganat, vật liệu lithium coban oxide, vật liệu ba thành phần, v.v.;
- Lò nung khí quyển: chủ yếu được sử dụng cho vật liệu ba thành phần NCA, vật liệu lithium sắt phosphate (LFP), vật liệu anot than chì và các vật liệu thiêu kết khác cần được bảo vệ bằng khí quyển (như N2 hoặc O2).
◼ Lò nung con lăn áp dụng quy trình ma sát lăn, do đó chiều dài của lò sẽ không bị ảnh hưởng bởi lực đẩy. Về mặt lý thuyết, nó có thể là vô hạn. Đặc điểm của cấu trúc khoang lò, độ đồng nhất tốt hơn khi nung sản phẩm và cấu trúc khoang lò lớn có lợi hơn cho sự di chuyển của luồng không khí trong lò và thoát nước và xả cao su của sản phẩm. Đây là thiết bị được ưa chuộng để thay thế lò đẩy để thực sự hiện thực hóa sản xuất quy mô lớn.
◼ Hiện nay, lithium coban oxit, ba nguyên tố, lithium manganat và các vật liệu catốt khác của pin lithium-ion được thiêu kết trong lò nung trục lăn không khí, trong khi lithium sắt phosphate được thiêu kết trong lò nung trục lăn được bảo vệ bằng nitơ và NCA được thiêu kết trong lò nung trục lăn được bảo vệ bằng oxy.
Vật liệu điện cực âm
Các bước chính của quy trình cơ bản của than chì nhân tạo bao gồm xử lý sơ bộ, nhiệt phân, nghiền bi, than hóa (tức là xử lý nhiệt, để các nguyên tử cacbon ban đầu không theo trật tự được sắp xếp gọn gàng và các liên kết kỹ thuật chính), trộn, phủ, sàng lọc trộn, cân, đóng gói và lưu kho. Tất cả các hoạt động đều tinh vi và phức tạp.
◼ Quá trình tạo hạt được chia thành quá trình nhiệt phân và quá trình sàng lọc nghiền bi.
Trong quá trình nhiệt phân, đưa vật liệu trung gian 1 vào lò phản ứng, thay thế không khí trong lò phản ứng bằng N2, niêm phong lò phản ứng, gia nhiệt bằng điện theo đường cong nhiệt độ, khuấy ở 200 ~ 300 ℃ trong 1 ~ 3 giờ, sau đó tiếp tục gia nhiệt đến 400 ~ 500 ℃, khuấy để thu được vật liệu có kích thước hạt 10 ~ 20mm, hạ nhiệt độ và xả để thu được vật liệu trung gian 2. Có hai loại thiết bị được sử dụng trong quá trình nhiệt phân, lò phản ứng thẳng đứng và thiết bị tạo hạt liên tục, cả hai đều có cùng nguyên lý. Cả hai đều khuấy hoặc di chuyển dưới một đường cong nhiệt độ nhất định để thay đổi thành phần vật liệu và các tính chất vật lý và hóa học trong lò phản ứng. Sự khác biệt là nồi đứng là chế độ kết hợp của nồi nóng và nồi lạnh. Các thành phần vật liệu trong nồi được thay đổi bằng cách khuấy theo đường cong nhiệt độ trong nồi nóng. Sau khi hoàn thành, nó được đưa vào nồi làm mát để làm mát và nồi nóng có thể được cấp liệu. Thiết bị tạo hạt liên tục thực hiện hoạt động liên tục, với mức tiêu thụ năng lượng thấp và năng suất cao.
◼ Cacbon hóa và than hóa là một phần không thể thiếu. Lò cacbon hóa cacbon hóa vật liệu ở nhiệt độ trung bình và thấp. Nhiệt độ của lò cacbon hóa có thể đạt tới 1600 độ C, có thể đáp ứng nhu cầu cacbon hóa. Bộ điều khiển nhiệt độ thông minh có độ chính xác cao và hệ thống giám sát PLC tự động sẽ làm cho dữ liệu được tạo ra trong quá trình cacbon hóa được kiểm soát chính xác.
Lò than hóa, bao gồm lò nằm ngang nhiệt độ cao, lò xả thấp, lò thẳng đứng, v.v., đặt than chì vào vùng nóng than chì (môi trường chứa cacbon) để thiêu kết và nấu chảy, nhiệt độ trong giai đoạn này có thể đạt tới 3200 ℃.
◼ Lớp phủ
Vật liệu trung gian 4 được vận chuyển đến silo thông qua hệ thống vận chuyển tự động và vật liệu được tự động điền vào hộp promethium bằng máy thao tác. Hệ thống vận chuyển tự động vận chuyển hộp promethium đến lò phản ứng liên tục (lò lăn) để phủ, Lấy vật liệu trung gian 5 (dưới sự bảo vệ của nitơ, vật liệu được nung nóng đến 1150 ℃ theo đường cong tăng nhiệt độ nhất định trong 8 ~ 10 giờ. Quá trình gia nhiệt là làm nóng thiết bị thông qua điện và phương pháp gia nhiệt là gián tiếp. Quá trình gia nhiệt biến nhựa đường chất lượng cao trên bề mặt các hạt than chì thành lớp phủ carbon nhiệt phân. Trong quá trình gia nhiệt, nhựa trong nhựa đường chất lượng cao ngưng tụ và hình thái tinh thể được chuyển đổi (trạng thái vô định hình được chuyển thành trạng thái tinh thể), Một lớp carbon vi tinh thể có trật tự được hình thành trên bề mặt của các hạt than chì hình cầu tự nhiên và cuối cùng thu được vật liệu giống như than chì được phủ với cấu trúc "lõi-vỏ"