Dans le processus de production de anode à base de silicium Les électrodes, le choix et la configuration des équipements spécifiques ont un impact direct sur la qualité du produit et l'efficacité de la production. Comparés à la production traditionnelle d'électrodes négatives en graphite, les équipements de production d'électrodes anodiques en silicium présentent des exigences techniques plus élevées. Leur précision de contrôle est également plus stricte. Les électrodes négatives silicium-oxygène et silicium-carbone présentent des caractéristiques de procédé différentes. Leur équipement de base diffère également dans une certaine mesure. Cependant, certains équipements généraux peuvent être partagés. Les éléments suivants détaillent les équipements et les caractéristiques techniques clés de la production d'électrodes négatives en silicium.
Le système de four de sublimation
Le four à sublimation est l'équipement principal pour la préparation des précurseurs d'anodes en oxyde de silicium. Il est principalement utilisé pour la synthèse du monoxyde de silicium (SiOx). Les fours à sublimation modernes adoptent généralement une conception verticale. Ils sont divisés en deux zones fonctionnelles : la zone de chauffage inférieure et la zone de dépôt supérieure. La zone de chauffage utilise un chauffage par induction moyenne fréquence ou un chauffage par barreau de silicium-molybdène. Les températures atteignent 1 200 à 1 800 °C. La zone de dépôt est équipée d'un bac collecteur refroidi par eau. Un système d'échange thermique contrôle la température de condensation, comprise entre 400 et 800 °C. Le four à sublimation fonctionne sous vide ou à basse pression (0,01 à 1 000 Pa). Il nécessite un système de pompe à vide haute performance et un système de régulation de pression. Les fours à sublimation avancés intègrent des systèmes de surveillance en ligne. Ces systèmes surveillent la distribution de la température et les taux de sublimation en temps réel. Ils garantissent l'uniformité et la stabilité de la composition en SiOx.
Équipement de préparation du nano-silicium
L'équipement composite et de dispersion est essentiel pour les anodes à base de silicium. Il comprend des mélangeurs à grande vitesse, des broyeurs à billes et des systèmes de dispersion par ultrasons. Pour le broyage à billes, on utilise généralement des broyeurs horizontaux à billes. Ceux-ci sont équipés de supports de broyage en zircone ou en carbure de tungstène (3 mm et 5 mm). L'intensité et la durée du broyage sont contrôlées avec précision en fonction des propriétés du matériau. Shanghai Shanshan Technology associe de manière innovante la dispersion par ultrasons au broyage à billes. Cette combinaison utilise un prétraitement ultrasonique réglable pour briser les agglomérats de particules. Le broyage à billes affine ensuite les particules, améliorant ainsi considérablement la dispersion.
L'équipement composite et de dispersion
Les équipements composites et de dispersion sont essentiels pour les anodes à base de silicium. Ils comprennent des mélangeurs à grande vitesse, des broyeurs à billes et des systèmes de dispersion par ultrasons. Pour le broyage à billes, on utilise généralement des broyeurs à billes horizontaux. Ceux-ci sont équipés de supports de broyage en zircone ou en carbure de tungstène (3 mm et 5 mm). L'intensité et la durée du broyage sont contrôlées avec précision en fonction des propriétés du matériau.
Équipement de granulation et de séchage
Les équipements de granulation et de séchage convertissent la poudre de nano-silicium ou de monoxyde de silicium en particules secondaires destinées à un traitement ultérieur. Les sécheurs par atomisation sont les équipements de granulation les plus couramment utilisés. Ils atomisent la suspension de silicium mélangée à des liants en fines gouttelettes. L'air chaud sèche rapidement les gouttelettes en particules. Un système de granulation secondaire développé par un institut de recherche utilise des atomiseurs et des systèmes de circulation d'air chaud spécialement conçus. Ces systèmes produisent des particules uniformes de 30 à 50 μm, améliorant ainsi la fluidité des poudres ultrafines. Pour les systèmes à base de solvants, des sécheurs sous vide ou à disques peuvent également être utilisés. Il est impératif d'éviter les risques d'explosion et de récupération de solvant. Les nouvelles unités de granulation-séchage à lit fluidisé combinent les techniques de fluidisation et de pulvérisation. Ces systèmes offrent une meilleure efficacité de granulation et une meilleure résistance des particules. Ils sont progressivement utilisés dans la production d'anodes à base de silicium haut de gamme.
Équipement de revêtement et de traitement thermique
Revêtement Les équipements de traitement thermique améliorent les performances électrochimiques des anodes en silicium. Parmi ces équipements figurent les systèmes CVD à lit fluidisé, les fours rotatifs et les fours tubulaires. Le réacteur à lit fluidisé est idéal pour le revêtement en carbone des anodes en oxyde de silicium. Le contrôle précis de la vitesse du gaz de fluidisation (réglage initial : 8 l/s) et de la température (600 à 1 000 °C) permet de déposer une couche de carbone uniforme. Les systèmes à lit fluidisé avancés sont équipés de préchauffeurs (température de préchauffage ≥ 400 °C) et d'échangeurs de chaleur. Ces systèmes réduisent la consommation d'énergie et minimisent les fluctuations de température. Pour le traitement de carbonisation des anodes en silicium-carbone, on utilise des fours rotatifs ou des fours à plaques poussantes. La plage de température est généralement comprise entre 1 000 et 1 500 °C, avec une durée de traitement de 2 à 5 heures.
Équipement de post-traitement
L'équipement de post-traitement comprend écrasement, classification, traitement de surfaceet des dispositifs d'emballage. Les broyeurs à flux d'air sont les équipements les plus courants pour le broyage ultrafin. Ces broyeurs utilisent une conception à collision pour éviter la contamination métallique. Ils broient les matériaux jusqu'à la consistance souhaitée. la taille des particules (généralement D50 < 10 μm). Le système de classification utilise des classificateurs à flux d'air pour une classification précise basée sur l'aérodynamique des particules. Les équipements de traitement de surface comprennent des mélangeurs de modification et des machines de revêtement. Ceux-ci appliquent des revêtements fonctionnels sur les matériaux à base de silicium. Les séparateurs magnétiques éliminent les impuretés métalliques introduites lors de la préparation ou de la production des matières premières. Ils utilisent généralement une séparation magnétique à gradient élevé en plusieurs étapes. Les équipements de conditionnement fonctionnent en atmosphère sèche ou sous vide, ce qui empêche les matériaux à base de silicium d'absorber l'humidité et de s'oxyder.
Le système de contrôle d'automatisation
Le système de contrôle automatisé est le cœur des lignes de production modernes d'anodes à base de silicium. Il coordonne le contrôle des différents processus et collecte des données. Les systèmes de contrôle classiques incluent des modules de contrôle de température et de débit. Ces modules surveillent des paramètres clés tels que la température de réaction dans le four de sublimation, la température de dépôt dans la zone de dépôt, la température de réaction dans le lit fluidisé et la température du préchauffeur. Le système collecte également des données de production, telles que le rendement du four de sublimation, l'entrée de matière du lit fluidisé, le débit et la sortie de gaz. Ces données sont utilisées pour optimiser le processus et assurer la traçabilité qualité. Les usines de pointe utilisent les systèmes d'exécution de fabrication (MES) et les technologies de l'Internet industriel. Ces technologies permettent une gestion numérique et intelligente de l'ensemble du processus de production.
| Type d'équipement | Fonction principale | Paramètres techniques clés |
| Système de four à sublimation | Synthèse et dépôt de SiOx | Température 1200-1800℃, pression 0,01-1000Pa |
| Équipement CVD pour nano-silicium | Préparation de poudre de nano-silicium | Décomposition du silane, taille des particules 20-100 nm |
| Équipement PVD nano silicium | Préparation de nano-silicium de haute pureté | Condensation par évaporation plasma, taille des particules < 100 nm |
| Système de dispersion du broyeur à sable | Composite silicium-carbone et raffinement | Médias de broyage 3/5 mm, durée 1 à 3 h |
| Tour de granulation par pulvérisation | Préparation des particules secondaires | La taille des particules 30-50 μm |
| Système CVD à lit fluidisé | Traitement de revêtement en carbone | Température 600-1000℃, vitesse du gaz 8L/s |
| Four de frittage à atmosphère protectrice | Traitement thermique de carbonisation | Température 1000-1500℃, durée 2-5h |
| Système de broyage et de classification par jet d'air | Calibrage ultrafin et classer | D50<10μm, classification multi-niveaux |
Conclusion
L'industrie des anodes à base de silicium connaît un développement rapide. Ses équipements de production évoluent vers une production à plus grande échelle, un fonctionnement continu et l'automatisation. Par exemple, les fours à sublimation traditionnels par lots sont remplacés par des modèles à alimentation continue. Plusieurs lits fluidisés sont reliés en série, ce qui permet le revêtement séquentiel de différentes couches fonctionnelles. L'IA est utilisée pour optimiser les paramètres de processus et prédire la qualité. Ces avancées technologiques amélioreront encore l'efficacité de la production d'anodes à base de silicium, la régularité des produits et la compétitivité des coûts, ce qui accélérera leur application à grande échelle dans le secteur des batteries d'alimentation haut de gamme.