Katodo materiala
Litio ioizko baterien elektrodo ez-organikoak prestatzeko, tenperatura altuko egoera solidoko erreakzioa da gehien erabiltzen dena. Tenperatura altuko fase solidoko erreakzioa: fase solidoko substantziak barne hartzen dituzten erreaktiboak tenperatura jakin batean denbora batez erreakzionatzen duten eta erreakzio kimikoak sortzen dituzten prozesuari egiten dio erreferentzia, hainbat elementuren arteko elkarrekiko difusioaren bidez, tenperatura jakin batean konposatu egonkorrenak sortzeko, solido-solido erreakzioa, solido-gas erreakzioa eta solido-likido erreakzioa barne.
Sol-gel metodoa, koprezipitazio metodoa, metodo hidrotermala eta metodo solvotermala erabiltzen badira ere, normalean tenperatura altuan fase solidoko erreakzioa edo fase solidoko sinterizazioa beharrezkoa da. Hau da, litio-ioizko baterien funtzionamendu-printzipioak eskatzen duelako bere elektrodo-materialak li+ behin eta berriz sartu eta kendu ahal izatea, beraz, bere sare-egiturak egonkortasun nahikoa izan behar du, eta horrek eskatzen du material aktiboen kristalinitatea altua izatea eta kristal-egitura erregularra izatea. Hau zaila da tenperatura baxuko baldintzetan lortzea, beraz, gaur egun erabiltzen diren litio-ioizko baterien elektrodo-materialak funtsean tenperatura altuko egoera solidoko erreakzioen bidez lortzen dira.
Katodoaren materiala prozesatzeko ekoizpen-lerroak batez ere nahasketa-sistema, sinterizazio-sistema, birrintze-sistema, ura garbitzeko sistema (nikel handikoa bakarrik), ontziratze-sistema, hautsa garraiatzeko sistema eta kontrol-sistema adimenduna ditu.
Litio-ioi baterien katodo-materialak ekoizteko nahasketa hezearen prozesua erabiltzen denean, lehortze-arazoak maiz sortzen dira. Nahasketa hezearen prozesuan erabiltzen diren disolbatzaile desberdinek lehortze-prozesu eta ekipamendu desberdinak dakartzate. Gaur egun, bi disolbatzaile mota erabiltzen dira batez ere nahasketa hezearen prozesuan: disolbatzaile ez-urtsuak, hots, disolbatzaile organikoak, hala nola etanola, azetona, etab.; Ur-disolbatzailea. Litio-ioi baterien katodo-materialak nahasteko lehortze-ekipoen artean hauek daude batez ere: hutsean biraketa-lehorgailua, hutsean arrastel-lehorgailua, ihinztadura-lehorgailua eta hutsean zinta-lehorgailua.
Litio-ioi baterien katodo-materialen ekoizpen industrialak normalean tenperatura altuko sinterizazio-sintesi-prozesua erabiltzen du, eta bere muina eta ekipamendu nagusia sinterizazio-labea da. Litio-ioi baterien katodo-materialak ekoizteko lehengaiak uniformeki nahasi eta lehortzen dira, ondoren labean sartzen dira sinterizatzeko, eta gero labetik deskargatzen dira birrintzeko eta sailkatzeko prozesura. Katodo-materialak ekoizteko, oso garrantzitsuak dira tenperatura-kontroleko tenperatura, tenperaturaren uniformetasuna, atmosferaren kontrola eta uniformetasuna, jarraitutasuna, ekoizpen-ahalmena, energia-kontsumoa eta labearen automatizazio-maila bezalako adierazle tekniko eta ekonomikoak. Gaur egun, katodo-materialak ekoizteko erabiltzen diren sinterizazio-ekipo nagusiak bultzatzaile-labea, arrabol-labea eta kanpai-ontziko labea dira.
◼ Arrabol-labea tamaina ertaineko tunel-labea da, etengabeko berokuntza eta sinterizazioa dituena.
◼ Labearen atmosferaren arabera, bultzatzaile-labea bezala, arrabol-labea ere aire-labeetan eta atmosfera-labeetan banatzen da.
- Aire-labea: batez ere atmosfera oxidatzailea behar duten materialak sinterizatzeko erabiltzen da, hala nola litio manganato materialak, litio kobalto oxido materialak, material ternarioak, etab.;
- Atmosferako labea: batez ere NCA hirutar materialetarako, litio burdin fosfato (LFP) materialetarako, grafito anodo materialetarako eta atmosferako (adibidez, N2 edo O2) gas babesa behar duten beste sinterizazio materialetarako erabiltzen da.
◼ Arrabol-labeak marruskadura-prozesua erabiltzen du, beraz, labearen luzera ez da propultsio-indarraren eraginpean egongo. Teorian, infinitua izan daiteke. Labearen barrunbearen egituraren ezaugarriek, produktuak erretzean koherentzia hobea eta labearen barrunbearen egitura handiak labeko aire-fluxuaren mugimendua eta produktuen drainatzea eta kautxua isurtzea errazten dute. Bultzatzaile-labea ordezkatzeko ekipamendu hobetsia da, eskala handiko ekoizpena benetan lortzeko.
◼ Gaur egun, litio-ioi baterien litio kobalto oxidoa, ternarioa, litio manganatoa eta beste katodo material batzuk aire-arrabol labe batean sinterizatzen dira, litio burdin fosfatoa nitrogenoz babestutako arrabol labe batean sinterizatzen den bitartean, eta NCA oxigenoz babestutako arrabol labe batean sinterizatzen den bitartean.
Elektrodo negatiboen materiala
Grafito artifizialaren oinarrizko prozesu-fluxuaren urrats nagusiak hauek dira: aurretratamendua, pirolisia, ehotzeko bolak, grafitizazioa (hau da, tratamendu termikoa, jatorriz desordenatutako karbono atomoak txukun antolatuta egon daitezen, eta lotura tekniko nagusiak), nahasketa, estaldura, nahasketa, baheketa, pisatzea, ontziratzea eta biltegiratzea. Eragiketa guztiak finak eta konplexuak dira.
◼ Granulazioa pirolisi prozesuan eta bola-fresatze bahetze prozesuan banatzen da.
Pirolisi prozesuan, 1. tarteko materiala erreaktorean sartu, erreaktoreko airea N2-rekin ordezkatu, erreaktorea itxi, tenperatura-kurbaren arabera elektrikoki berotu, 200 ~ 300 ℃-tan irabiatu 1~3 orduz, eta ondoren 400 ~ 500 ℃-ra berotzen jarraitu, 10 ~ 20 mm-ko partikula-tamainako materiala lortzeko irabiatu, tenperatura jaitsi eta 2. tarteko materiala lortzeko irabiatu. Pirolisi prozesuan bi ekipamendu mota erabiltzen dira, erreaktore bertikala eta granulazio jarraituko ekipamendua, eta biek printzipio bera dute. Biek tenperatura-kurba jakin baten azpian irabiatzen edo mugitzen dira erreaktoreko materialaren konposizioa eta propietate fisiko eta kimikoak aldatzeko. Aldea da lapiko bertikala lapiko beroaren eta lapiko hotzaren konbinazio modua dela. Lapikoko materialaren osagaiak lapiko beroaren tenperatura-kurbaren arabera irabiatuz aldatzen dira. Amaitutakoan, hozteko lapikoan sartzen da hozteko, eta lapiko beroa elikatu daiteke. Granulazio jarraituko ekipamenduak funtzionamendu jarraitua lortzen du, energia-kontsumo txikiarekin eta irteera handiarekin.
◼ Karbonizazioa eta grafitizazioa ezinbesteko atalak dira. Karbonizazio-labeak materialak karbonizatzen ditu tenperatura ertain eta baxuetan. Karbonizazio-labearen tenperatura 1600 gradu Celsius-ra irits daiteke, eta horrek karbonizazioaren beharrak ase ditzake. Zehaztasun handiko tenperatura-kontrolagailu adimendunak eta PLC monitorizazio-sistema automatikoak karbonizazio-prozesuan sortutako datuak zehaztasunez kontrolatuko dituzte.
Grafitizazio-labeak, tenperatura altuko horizontala, deskarga txikikoa, bertikala eta abar barne, grafitoa grafito-zona beroan (karbonoa duen ingurunean) jartzen du sinterizaziorako eta urtzeko, eta aldi horretan tenperatura 3200 ℃-ra irits daiteke.
◼ Estaldura
4. tarteko materiala silora garraiatzen da garraiatze sistema automatikoaren bidez, eta materiala automatikoki betetzen da prometio kutxan manipulatzailearen bidez. Garraiatze sistema automatikoak prometio kutxa erreaktore jarraitura (arrabol labea) garraiatzen du estaldura emateko. 5. tarteko materiala lortu (nitrogenoaren babespean, materiala 1150 ℃-ra berotzen da tenperatura igoera kurba jakin baten arabera 8~10 orduz). Berotze prozesua ekipoa elektrizitatearen bidez berotzea da, eta berotze metodoa zeharkakoa da. Berotzeak grafito partikulen gainazalean dagoen kalitate handiko asfaltoa karbono pirolitikozko estaldura bihurtzen du. Berotze prozesuan zehar, kalitate handiko asfaltoko erretxinak kondentsatu egiten dira, eta kristal morfologia eraldatzen da (egoera amorfoa egoera kristalino bihurtzen da). Karbono geruza mikrokristalino ordenatu bat sortzen da grafito partikula esferiko naturalen gainazalean, eta azkenik, "nukleo-oskola" egitura duen grafito antzeko material estali bat lortzen da.