კათოდის მასალა
ლითიუმ-იონური აკუმულატორებისთვის არაორგანული ელექტროდის მასალების მომზადებისას ყველაზე ხშირად გამოიყენება მაღალტემპერატურული მყარი მდგომარეობის რეაქცია. მაღალტემპერატურული მყარი ფაზის რეაქცია: გულისხმობს პროცესს, რომლის დროსაც რეაქტანტები, მათ შორის მყარი ფაზის ნივთიერებები, გარკვეული პერიოდის განმავლობაში რეაგირებენ გარკვეულ ტემპერატურაზე და სხვადასხვა ელემენტებს შორის ურთიერთდიფუზიის გზით წარმოქმნიან ქიმიურ რეაქციებს, რათა წარმოქმნან ყველაზე სტაბილური ნაერთები გარკვეულ ტემპერატურაზე, მათ შორის მყარი-მყარი რეაქცია, მყარი-აირის რეაქცია და მყარი-სითხევის რეაქცია.
მაშინაც კი, თუ გამოიყენება სოლ-გელის მეთოდი, თანადალექვის მეთოდი, ჰიდროთერმული მეთოდი და სოლვოთერმული მეთოდი, როგორც წესი, საჭიროა მაღალ ტემპერატურაზე მყარი ფაზის რეაქცია ან მყარი ფაზის შედუღება. ეს იმიტომ ხდება, რომ ლითიუმ-იონური ბატარეის მუშაობის პრინციპი მოითხოვს, რომ მის ელექტროდის მასალას შეეძლოს li+-ის განმეორებით ჩასმა და ამოღება, ამიტომ მის ბადისებრ სტრუქტურას უნდა ჰქონდეს საკმარისი სტაბილურობა, რაც მოითხოვს აქტიური მასალების მაღალი კრისტალურობისა და კრისტალური სტრუქტურის რეგულარულობას. ეს რთულია დაბალი ტემპერატურის პირობებში მისაღწევად, ამიტომ ამჟამად გამოყენებული ლითიუმ-იონური ბატარეების ელექტროდის მასალები ძირითადად მიიღება მაღალტემპერატურული მყარი მდგომარეობის რეაქციით.
კათოდური მასალის გადამუშავების საწარმოო ხაზი ძირითადად მოიცავს შერევის სისტემას, შედუღების სისტემას, დამსხვრევის სისტემას, წყლით რეცხვის სისტემას (მხოლოდ მაღალი ნიკელის შემცველობით), შეფუთვის სისტემას, ფხვნილის გადაცემის სისტემას და ინტელექტუალურ მართვის სისტემას.
როდესაც ლითიუმ-იონური აკუმულატორების კათოდური მასალების წარმოებაში სველი შერევის პროცესი გამოიყენება, ხშირად წარმოიქმნება გაშრობის პრობლემები. სველი შერევის პროცესში გამოყენებული სხვადასხვა გამხსნელი იწვევს სხვადასხვა გაშრობის პროცესებსა და აღჭურვილობას. ამჟამად, სველი შერევის პროცესში ძირითადად გამოიყენება გამხსნელების ორი სახეობა: არაწყლიანი გამხსნელები, კერძოდ, ორგანული გამხსნელები, როგორიცაა ეთანოლი, აცეტონი და ა.შ.; წყლის გამხსნელი. ლითიუმ-იონური აკუმულატორის კათოდური მასალების სველი შერევისთვის განკუთვნილი საშრობი აღჭურვილობა ძირითადად მოიცავს: ვაკუუმურ როტაციულ საშრობს, ვაკუუმურ საშრობს, შესასხურებელ საშრობს, ვაკუუმურ ქამრის საშრობს.
ლითიუმ-იონური აკუმულატორების კათოდური მასალების სამრეწველო წარმოება, როგორც წესი, იყენებს მაღალტემპერატურულ მყარ მდგომარეობაში შედუღების სინთეზის პროცესს, ხოლო მისი ძირითადი და ძირითადი აღჭურვილობა არის შედუღების ღუმელი. ლითიუმ-იონური აკუმულატორის კათოდური მასალების წარმოებისთვის ნედლეული ერთგვაროვნად არის შერეული და შრება, შემდეგ იტვირთება ღუმელში შედუღებისთვის და შემდეგ ღუმელიდან იტვირთება დამსხვრევისა და კლასიფიკაციის პროცესში. კათოდური მასალების წარმოებისთვის ძალიან მნიშვნელოვანია ტექნიკური და ეკონომიკური მაჩვენებლები, როგორიცაა ტემპერატურის კონტროლის ტემპერატურა, ტემპერატურის ერთგვაროვნება, ატმოსფეროს კონტროლი და ერთგვაროვნება, უწყვეტობა, წარმოების მოცულობა, ენერგიის მოხმარება და ღუმელის ავტომატიზაციის ხარისხი. ამჟამად, კათოდური მასალების წარმოებაში გამოყენებული ძირითადი შედუღების მოწყობილობებია ბიძგის ღუმელი, ლილვაკებიანი ღუმელი და ზარისებრი ღუმელი.
◼ ლილვაკებიანი ღუმელი არის საშუალო ზომის გვირაბული ღუმელი უწყვეტი გათბობითა და შედუღებით.
◼ ღუმელის ატმოსფეროს მიხედვით, ბიძგიანი ღუმელის მსგავსად, ლილვაკებიანი ღუმელიც იყოფა ჰაერისა და ატმოსფერულ ღუმელებად.
- ჰაერის ღუმელი: ძირითადად გამოიყენება დაჟანგვის ატმოსფეროს მომთხოვნი მასალების შედუღებისთვის, როგორიცაა ლითიუმის მანგანატის მასალები, ლითიუმის კობალტის ოქსიდის მასალები, სამმაგი მასალები და ა.შ.
- ატმოსფერული ღუმელი: ძირითადად გამოიყენება NCA სამმაგი მასალებისთვის, ლითიუმის რკინის ფოსფატის (LFP) მასალებისთვის, გრაფიტის ანოდური მასალებისთვის და სხვა შედუღების მასალებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ ატმოსფერული (მაგალითად, N2 ან O2) გაზისგან დაცვას.
◼ ლილვაკებიანი ღუმელი იყენებს ლილვაკებიანი ხახუნის პროცესს, ამიტომ ღუმელის სიგრძეზე მამოძრავებელი ძალა გავლენას არ ახდენს. თეორიულად, ის შეიძლება უსასრულო იყოს. ღუმელის ღრუს სტრუქტურის მახასიათებლები, პროდუქტების გამოწვისას უკეთესი თანმიმდევრულობა და ღუმელის დიდი ღრუს სტრუქტურა უფრო ხელს უწყობს ღუმელში ჰაერის ნაკადის მოძრაობას, პროდუქტების დრენაჟსა და რეზინის გამოდევნას. ეს არის სასურველი აღჭურვილობა ბიძგის ღუმელის შესაცვლელად, რათა რეალურად განხორციელდეს ფართომასშტაბიანი წარმოება.
◼ ამჟამად, ლითიუმ-იონური ბატარეების ლითიუმის კობალტის ოქსიდი, სამმაგი, ლითიუმის მანგანატი და სხვა კათოდური მასალები იწვება ჰაერის ცილინდრულ ღუმელში, ხოლო ლითიუმის რკინის ფოსფატი იწვება აზოტით დაცულ ცილინდრულ ღუმელში, ხოლო NCA იწვება ჟანგბადით დაცულ ცილინდრულ ღუმელში.
უარყოფითი ელექტროდის მასალა
ხელოვნური გრაფიტის ძირითადი პროცესის ძირითადი ეტაპებია წინასწარი დამუშავება, პიროლიზები, დაფქვა, გრაფიტიზაცია (ანუ თერმული დამუშავება ისე, რომ თავდაპირველად უწესრიგო ნახშირბადის ატომები მოწესრიგებულად იყოს განლაგებული და ძირითადი ტექნიკური კავშირები), შერევა, დაფარვა, შერევის სკრინინგი, აწონვა, შეფუთვა და საწყობში შენახვა. ყველა ოპერაცია დახვეწილი და რთულია.
◼ გრანულაცია იყოფა პიროლიზის პროცესად და ბურთულიანი დაფქვის სკრინინგის პროცესად.
პიროლიზის პროცესში, რეაქტორში ჩაასხით შუალედური მასალა 1, შეცვალეთ რეაქტორში არსებული ჰაერი N2-ით, დალუქეთ რეაქტორი, ელექტროენერგიით გააცხელეთ ტემპერატურის მრუდის მიხედვით, მოურიეთ 200 ~ 300 ℃ ტემპერატურაზე 1-3 საათის განმავლობაში, შემდეგ გააგრძელეთ გაცხელება 400 ~ 500 ℃-მდე, მოურიეთ 10 ~ 20 მმ ნაწილაკების ზომის მასალის მისაღებად, შეამცირეთ ტემპერატურა და გამოუშვით შუალედური მასალა 2-ის მისაღებად. პიროლიზის პროცესში გამოიყენება ორი სახის მოწყობილობა: ვერტიკალური რეაქტორი და უწყვეტი გრანულაციის მოწყობილობა, რომლებსაც ორივეს ერთი და იგივე პრინციპი აქვთ. ორივე ურევს ან მოძრაობს გარკვეული ტემპერატურის მრუდის ქვეშ, რათა შეცვალოს მასალის შემადგენლობა და ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები რეაქტორში. განსხვავება ისაა, რომ ვერტიკალური ქვაბი არის ცხელი და ცივი ქვაბების კომბინირებული რეჟიმი. ქვაბში მასალის კომპონენტები იცვლება ცხელ ქვაბში ტემპერატურის მრუდის მიხედვით მორევის გზით. დასრულების შემდეგ, ის თავსდება გამაგრილებელ ქვაბში გასაგრილებლად და შესაძლებელია ცხელი ქვაბის მიწოდება. უწყვეტი გრანულაციის მოწყობილობა ახორციელებს უწყვეტ მუშაობას, დაბალი ენერგიის მოხმარებით და მაღალი გამომუშავებით.
◼ კარბონიზაცია და გრაფიტიზაცია შეუცვლელი ნაწილია. კარბონიზაციის ღუმელი აკარბონიზაციას უკეთებს მასალებს საშუალო და დაბალ ტემპერატურაზე. კარბონიზაციის ღუმელის ტემპერატურამ შეიძლება მიაღწიოს 1600 გრადუს ცელსიუსს, რაც აკმაყოფილებს კარბონიზაციის საჭიროებებს. მაღალი სიზუსტის ინტელექტუალური ტემპერატურის კონტროლერი და ავტომატური PLC მონიტორინგის სისტემა კარბონიზაციის პროცესში გენერირებული მონაცემების ზუსტად კონტროლს უზრუნველყოფს.
გრაფიტიზების ღუმელი, მათ შორის ჰორიზონტალური მაღალი ტემპერატურის, დაბალი გამონადენის, ვერტიკალური და ა.შ., ათავსებს გრაფიტს გრაფიტის ცხელ ზონაში (ნახშირბადის შემცველი გარემო) შედუღებისა და დნობისთვის, და ამ პერიოდში ტემპერატურამ შეიძლება მიაღწიოს 3200 ℃-ს.
◼ საფარი
შუალედური მასალა 4 გადადის სილოში ავტომატური გადაზიდვის სისტემის მეშვეობით და მასალა ავტომატურად ივსება პრომეთიუმის ყუთში მანიპულატორის მეშვეობით. ავტომატური გადაზიდვის სისტემა გადააქვს პრომეთიუმის ყუთში უწყვეტი რეაქტორში (როლიკებიანი ღუმელი) დასაფარავად. მიიღება შუალედური მასალა 5 (აზოტის დაცვით, მასალა თბება 1150 ℃-მდე გარკვეული ტემპერატურის აწევის მრუდის მიხედვით 8-10 საათის განმავლობაში. გათბობის პროცესი გულისხმობს აღჭურვილობის გაცხელებას ელექტროენერგიის საშუალებით, ხოლო გათბობის მეთოდი არაპირდაპირია. გათბობა გრაფიტის ნაწილაკების ზედაპირზე მაღალი ხარისხის ასფალტს გარდაქმნის პიროლიზურ ნახშირბადის საფარად. გათბობის პროცესის დროს, მაღალი ხარისხის ასფალტში არსებული ფისები კონდენსირდება და კრისტალური მორფოლოგია გარდაიქმნება (ამორფული მდგომარეობა გარდაიქმნება კრისტალურ მდგომარეობაში), ბუნებრივი სფერული გრაფიტის ნაწილაკების ზედაპირზე წარმოიქმნება მოწესრიგებული მიკროკრისტალური ნახშირბადის ფენა და საბოლოოდ მიიღება დაფარული გრაფიტის მსგავსი მასალა „ბირთვი-გარსიანი“ სტრუქტურით.