У працэсе вытворчасці крэмніевы анод Электроды, выбар спецыяльнага абсталявання і яго канфігурацыя непасрэдна ўплываюць на якасць прадукцыі і эфектыўнасць вытворчасці. У параўнанні з традыцыйнай вытворчасцю графітавых адмоўных электродаў, абсталяванне для вытворчасці анодных электродаў на аснове крэмнію мае больш высокія тэхнічныя патрабаванні. Яно таксама мае больш строгі кантроль дакладнасці. Адмоўныя электроды з крэмніем-кіслародам і крэмніем-вугляродам маюць розныя тэхналагічныя характарыстыкі. Іх асноўнае абсталяванне таксама ў пэўнай ступені адрозніваецца. Але некаторыя агульныя элементы абсталявання могуць быць агульнымі. Ніжэй падрабязна апісаны асноўнае абсталяванне і тэхнічныя характарыстыкі вытворчасці адмоўных электродаў на аснове крэмнію.
Сістэма сублімацыйнай печы
Сублімацыйная печ з'яўляецца асноўным абсталяваннем для падрыхтоўкі папярэднікаў анодаў з аксіду крэмнію. Яна ў асноўным выкарыстоўваецца для сінтэзу монааксіду крэмнію (SiOx). Сучасныя сублімацыйныя печы звычайна маюць вертыкальную канструкцыю. Яны падзелены на дзве функцыянальныя зоны: ніжнюю зону нагрэву і верхнюю зону адкладання. У зоне нагрэву выкарыстоўваецца індукцыйны нагрэў сярэдняй частаты або нагрэў крэмній-малібдэнавымі стрыжнямі. Тэмпература дасягае 1200–1800°C. Зона адкладання мае вадзяны латок для збору. Сістэма цеплаабмену кантралюе тэмпературу кандэнсацыі, якая вагаецца ад 400 да 800°C. Сублімацыйная печ працуе ў вакууме або асяроддзі нізкага ціску (0,01–1000 Па). Яна патрабуе высокапрадукцыйнай вакуумнай помпы і сістэмы кантролю ціску. Сучасныя сублімацыйныя печы інтэгруюць сістэмы анлайн-маніторынгу. Гэтыя сістэмы кантралююць размеркаванне тэмпературы і хуткасць сублімацыі ў рэжыме рэальнага часу. Яны забяспечваюць аднастайнасць і стабільнасць складу SiOx.
Абсталяванне для падрыхтоўкі нанакрэмнію
Абсталяванне для кампазітаў і дысперсійнага памолу неабходна для крэмніевых анодаў. Яно ўключае ў сябе высакахуткасныя змяшальнікі, шарыкавыя млыны і ультрагукавыя сістэмы дысперсійнага памолу. Для працэсу шарыкавага памолу звычайна выкарыстоўваюцца гарызантальныя шарыкавыя млыны. Яны абсталяваны цырконіевымі або карбід-вальфрамавымі малольнымі асяродкамі (змешаныя 3 мм і 5 мм). Інтэнсіўнасць і час памолу дакладна кантралююцца ў залежнасці ад уласцівасцей матэрыялу. Кампанія Shanghai Shanshan Technology інавацыйна спалучае ультрагукавое дысперсійнае памолванне з шарыкавым памолам. Гэта спалучэнне выкарыстоўвае рэгуляваную ультрагукавую папярэднюю апрацоўку для разбурэння агламератаў часціц. Пасля гэтага шарыкавы памол драбніць часціцы, значна паляпшаючы дысперсію.
Кампазітнае і дысперсійнае абсталяванне
Абсталяванне для кампазітаў і дысперсійнага памолу неабходна для крэмніевых анодаў. Яно ўключае ў сябе высакахуткасныя змяшальнікі, шаравыя млыны і ультрагукавыя сістэмы дысперсійнага памолу. Для працэсу памолу шаравых млыноў звычайна выкарыстоўваюцца гарызантальныя шаравыя млыны. Яны абсталяваны цырконіевым або карбід-вальфрамавым малольным асяроддзем (змешаныя 3 мм і 5 мм). Інтэнсіўнасць і час памолу дакладна кантралююцца ў залежнасці ад уласцівасцей матэрыялу.
Абсталяванне для гранулявання і сушкі
Абсталяванне для гранулявання і сушкі пераўтварае парашок нанакрышталічнага крэмнію або монааксіду крэмнію ў другасныя часціцы для далейшай апрацоўкі. Распыляльныя сушылкі з'яўляюцца найбольш распаўсюджаным абсталяваннем для гранулявання. Яны распыляюць крэмніевую суспензію, змяшаную са звязальнымі рэчывамі, на дробныя кроплі. Гарачае паветра хутка высушвае кроплі і ператварае іх у часціцы. Сістэма другаснага гранулявання, распрацаваная навукова-даследчым інстытутам, выкарыстоўвае спецыяльна распрацаваныя распыляльнікі і сістэмы цыркуляцыі гарачага паветра. Гэтыя сістэмы вырабляюць аднастайныя часціцы памерам у дыяпазоне 30-50 мкм, паляпшаючы цякучасць ультратонкіх парашкоў. Для сістэм на аснове растваральнікаў таксама можна выкарыстоўваць вакуумныя сушылкі або дыскавыя сушылкі. Неабходна сачыць за тым, каб пазбегнуць выбуху і праблем з рэкуперацыяй растваральніка. Новыя грануляцыйна-сушыльныя ўстаноўкі ў псевдозвадкаваным слоі спалучаюць у сабе тэхналогіі псевдозваджвання і распылення. Гэтыя сістэмы забяспечваюць больш высокую эфектыўнасць гранулявання і лепшую трываласць часціц. Яны паступова ўжываюцца ў вытворчасці высакаякасных анодаў на аснове крэмнію.
Абсталяванне для пакрыццяў і тэрмічнай апрацоўкі
Пакрыццё Абсталяванне для тэрмічнай апрацоўкі паляпшае электрахімічныя характарыстыкі крэмніевых анодаў. Сюды ўваходзяць сістэмы CVD з псеўдапсеўлізаваным слоем, ратацыйныя печы і трубчастыя печы. Рэактар з псеўдапсеўлізаваным слоем ідэальна падыходзіць для нанясення вугляроднага пакрыцця на аксідна-крэмніевыя аноды. Дзякуючы дакладнаму кантролю хуткасці псеўдапсеўлізацыйнага газу (пачатковая ўстаноўка 8 л/с) і тэмпературы (600–1000°C) наносіцца аднастайны вугляродны пласт. Удасканаленыя сістэмы з псеўдапсеўлізаваным слоем маюць папярэднія награвальнікі (тэмпература папярэдняга нагрэву ≥400°C) і цеплаабменнікі. Гэтыя сістэмы зніжаюць спажыванне энергіі і мінімізуюць ваганні тэмпературы. Для карбанізацыі крэмніева-вугляродных анодаў выкарыстоўваюцца ратацыйныя печы або печы з штуршком. Тэмпературны дыяпазон звычайна складае 1000–1500°C, а час апрацоўкі — 2-5 гадзін.
Абсталяванне для пасляапрацоўкі
Абсталяванне для пасляачысткі ўключае ў сябе драбненне, класіфікацыя, апрацоўка паверхні, і ўпаковачныя прылады. Паветраныя млыны з'яўляюцца асноўным абсталяваннем для ультратонкага драбнення. Гэтыя млыны выкарыстоўваюць канструкцыю калазіцыйнага тыпу, каб пазбегнуць забруджвання металам. Яны здрабняюць матэрыялы да патрэбнай памер часціц (звычайна D50 < 10 мкм). Сістэма класіфікацыі выкарыстоўвае класіфікатары паветранага патоку для дакладнай класіфікацыі на аснове аэрадынамікі часціц. Абсталяванне для апрацоўкі паверхні ўключае мадыфікацыйныя змяшальнікі і машыны для нанясення пакрыццяў. Яны наносяць функцыянальныя пакрыцці на матэрыялы на аснове крэмнію. Магнітныя сепаратары выдаляюць металічныя прымешкі, якія ўводзяцца падчас падрыхтоўкі або вытворчасці сыравіны. Звычайна яны выкарыстоўваюць шматступенчатае высокаградыентнае магнітнае падзел. Ўпаковачнае абсталяванне працуе ў сухой атмасферы або вакуумным асяроддзі. Гэта прадухіляе паглынанне вільгаці і акісленне матэрыяламі на аснове крэмнію.
Сістэма аўтаматызацыі кіравання
Сістэма аўтаматызаванага кіравання з'яўляецца нервовым цэнтрам сучасных вытворчых ліній на аснове крэмнію для анодаў. Яна каардынуе кіраванне рознымі працэсамі і збірае даныя. Тыповыя сістэмы кіравання ўключаюць модулі кіравання тэмпературай і патокам. Гэтыя модулі кантралююць ключавыя параметры, такія як тэмпература рэакцыі ў сублімацыйнай печы, тэмпература адкладання ў зоне адкладання, тэмпература рэакцыі ў псеўдазвадкаваным слоі і тэмпература папярэдняга награвальніка. Сістэма таксама збірае вытворчыя даныя, такія як выхад сублімацыйнай печы, уваход матэрыялу ў псеўдазвадкаваным слоі, паток і выхад газу. Гэтыя даныя выкарыстоўваюцца для аптымізацыі працэсу і забеспячэння адсочвання якасці. Сучасныя заводы выкарыстоўваюць MES (сістэмы выканання вытворчасці) і прамысловыя інтэрнэт-тэхналогіі. Гэтыя тэхналогіі дазваляюць лічбава і інтэлектуальна кіраваць усім вытворчым працэсам.
| Тып абсталявання | Асноўная функцыя | Асноўныя тэхнічныя параметры |
| Сістэма сублімацыйнай печы | Сінтэз і адклад SiOx | Тэмпература 1200-1800℃, ціск 0,01-1000 Па |
| Абсталяванне для CVD з нанакрэмніем | Падрыхтоўка нанакрэмніевага парашка | Раскладанне сілану, памер часціц 20-100 нм |
| Абсталяванне для нанакрэмніевага PVD | Высокачысты нанакрэмніевы прэпарат | Плазменнае выпарэнне і кандэнсацыя, памер часціц <100 нм |
| Сістэма дысперсіі пясчанага млына | Крэмній-вугляродны кампазіт і ўдасканаленне | Шліфавальныя матэрыялы 3/5 мм, час 1-3 гадзіны |
| Вежа распыляльнага гранулявання | Падрыхтоўка другасных часціц | Памер часціц 30-50 мкм |
| Сістэма CVD з псеўдазвадкаваным слоем | Апрацоўка вугляродным пакрыццём | Тэмпература 600-1000℃, хуткасць газу 8 л/с |
| Атмасферная ахоўная печ для спякання | Тэрмічная апрацоўка карбанізацыяй | Тэмпература 1000-1500℃, час 2-5 гадзін |
| Сістэма паветранага фрэзеравання і класіфікацыі | Ультратонкая градацыя і класіфікацыя | D50<10 мкм, шматузроўневая класіфікацыя |
Заключэнне
Крэмніевая анодная прамысловасць хутка развіваецца. Яе вытворчае абсталяванне пераходзіць да больш маштабных, бесперапынных аперацый і аўтаматызацыі. Напрыклад, традыцыйныя сублімацыйныя печы перыядычнага тыпу замяняюцца печамі з бесперапыннай падачай. Некалькі псеўдакіпяжаных слояў злучаюцца паслядоўна. Гэта дазваляе дасягнуць паслядоўнага пакрыцця розных функцыянальных слаёў. Ужываецца тэхналогія штучнага інтэлекту. Яна аптымізуе параметры працэсу і прагназуе якасць. Гэтыя тэхналагічныя дасягненні яшчэ больш павысяць эфектыўнасць вытворчасці крэмніевых анодаў. Яны таксама палепшаць кансістэнцыю прадукцыі і канкурэнтаздольнасць выдаткаў. Гэта паскорыць іх шырокамаштабнае прымяненне ў галіне вытворчасці высакаякасных акумулятараў.