Anoda silikon-oksigen merupakan cabang penting dari anoda berbasis silikon. Proses produksinya memiliki karakteristik dan persyaratan teknis yang unik. Bahan baku utamanya adalah silikon monoksida (SiOx). Persiapan dan pemrosesannya menjadi dasar dari seluruh proses produksi. Anoda silikon-oksigen dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis: reguler, pra-magnesium, dan pra-litium. Setiap jenis memiliki fokus berbeda dalam proses produksinya.
Persiapan Prekursor Silikon Monoksida
Persiapan prekursor silikon monoksida (SiOx) merupakan langkah utama dalam memproduksi anoda silikon-oksigen. Metode industri untuk memproduksi SiOx terutama menggunakan sublimasi suhu tinggi. Serbuk silikon limbah fotovoltaik dan pasir kuarsa dicampur dengan perbandingan berat 1:1,2 hingga 2. Campuran ini dimasukkan ke dalam tungku sublimasi. Tungku ini beroperasi di bawah kondisi vakum atau tekanan rendah (0,01-1000 Pa). Suhu di zona pemanasan dipertahankan antara 1200°C dan 1800°C. Hal ini memungkinkan campuran bereaksi dan menghasilkan uap silikon monoksida.
Tungku sublimasi dibagi menjadi dua bagian. Bagian bawah adalah zona pemanasan, yang menggunakan pemanasan induksi frekuensi menengah atau pemanasan batang silikon-molibdenum. Bagian atas adalah zona pengendapan, dengan baki pengumpulan berpendingin air (suhu kondensasi 400°C hingga 800°C) untuk mengumpulkan silikon monoksida yang disublimasikan. Peralatan utama meliputi tungku sublimasi vakum, sistem vakum, dan sistem pertukaran panas. Gradien suhu, tingkat vakum, dan laju kondensasi harus dikontrol secara tepat. Ini memastikan keseragaman dan kristalinitas SiOx.
Setelah material silikon monoksida dihancurkan dan diklasifikasikan, material tersebut masuk ke proses berikutnya. Penghancur rahang digunakan untuk penghancuran kasar, sehingga blok SiOx menjadi partikel berukuran milimeter. Kemudian, proses tumbukan pabrik jet udara digunakan untuk penggilingan halus. Hal ini menghasilkan bubuk silikon berukuran mikron dengan D50 <10μm. Itu pabrik jet udara menggunakan aliran udara berkecepatan tinggi untuk menyebabkan tumbukan partikel. Hal ini menghindari kontaminasi dari penghancuran mekanis tradisional. Intensitas penghancuran dan jumlah siklus harus dikontrol. Hal ini mencegah partikel yang terlalu halus, yang dapat menyebabkan masalah fluidisasi di kemudian hari.
Sistem Granulasi Sekunder
Sistem granulasi sekunder merupakan langkah kunci dalam memecahkan masalah fluidisasi serbuk ultrafine. Serbuk silikon monoksida berukuran mikron dicampur dengan larutan pengikat yang mengandung karbon (seperti poliakrilonitril, polistirena, polivinilpirolidon, atau polivinil alkohol). Campuran tersebut kemudian diaduk dan dikeringkan dengan semprotan untuk membentuk partikel sekunder dengan ukuran partikel berukuran 30-50μm. Proses ini mengubah partikel silikon monoksida dari kelas C (di bawah 10μm dan rentan terhadap penggumpalan) menjadi partikel kelas A (di atas 30μm dan mudah terfluidisasi), sehingga meningkatkan kemampuan alir material secara signifikan.
Peralatan granulasi sekunder terutama mencakup mixer berkecepatan tinggi, menara pengering semprot, dan sistem udara panas. Selama pengoperasian, rasio pengikat, intensitas pengadukan, dan suhu pengeringan perlu dikontrol untuk memastikan keseragaman dan kekuatan partikel.
Perawatan Pelapisan Karbon
Karbon lapisan Perlakuan merupakan langkah inti untuk meningkatkan konduktivitas dan stabilitas siklus anoda silikon-oksigen. Partikel sekunder secara terus-menerus dimasukkan ke dalam reaktor unggun terfluidisasi oleh pengumpan sekrup. Pada suhu antara 600°C dan 1000°C, partikel bereaksi dengan gas sumber karbon (seperti asetilena) selama 1 jam, sehingga menghasilkan lapisan karbon yang seragam pada permukaan. Reaktor unggun terfluidisasi dilengkapi dengan pemanas awal (dengan suhu pemanasan awal tidak lebih rendah dari 400°C) untuk meminimalkan fluktuasi suhu.
Kunci dari proses ini adalah mengendalikan laju aliran gas yang terfluidisasi (nitrogen atau argon), yang awalnya ditetapkan pada 8L/s, untuk memastikan partikel-partikel terfluidisasi sepenuhnya tanpa terbawa. Material yang dilapisi dibuang terus-menerus melalui perangkat pembuangan dan panas buangan dipulihkan melalui penukar panas.
Anoda Pra-Mg-SiO
Untuk anoda silikon-oksigen pra-magnesium, proses produksi menambahkan langkah reduksi termal magnesium ke proses silikon-oksigen dasar. silikon (Si), silikon dioksida (SiO2), dan magnesium (Mg) dicampur dan dipanaskan dalam tungku bersuhu tinggi. Proses ini menghasilkan prekursor silikon monoksida yang didoping magnesium, yang kemudian mengalami penghancuran, penggilingan, dan pelapisan karbon.
Doping magnesium membantu mencegah pembentukan film SEI (Solid Electrolyte Interphase) yang berlebihan, sehingga meningkatkan efisiensi siklus pertama hingga sekitar 80%. Namun, hal ini meningkatkan biaya material sekitar 100.000 hingga 200.000 RMB per ton dan dapat memengaruhi kinerja siklus.
Anoda Silikon-oksigen Pra-litium
Untuk anoda silikon-oksigen pra-litium, langkah litiasi ditambahkan setelah pelapisan karbon. Bubuk litium atau litium oksida dicampur dan disinter. Hal ini dapat meningkatkan efisiensi siklus pertama menjadi 86%-92%. Namun, teknologi pra-litiasi masih menghadapi tantangan keselamatan dan produksi skala besar. Tingkat industrialisasi masih rendah.
Peralatan litium harus beroperasi di bawah atmosfer inert (seperti argon). Laju kenaikan suhu dan keseragaman pencampuran harus dikontrol secara ketat. Hal ini mencegah panas berlebih yang dapat menyebabkan masalah keselamatan.
Proses Produksi Utama dan Parameter Utama untuk Anoda Silikon-Oksigen
| Proses produksi | Peralatan utama | Parameter proses | Titik kontrol kualitas |
| Persiapan SiOx | Tungku sublimasi vakum, sistem kondensasi | Suhu 1200-1800℃, tekanan 0,01-1000Pa | Keseragaman komposisi SiOx, kristalinitas |
| Penghancuran dan perataan | Penghancur rahang, pabrik jet udara | D50<10μm | Ukuran partikel distribusi, pengendalian kontaminasi logam |
| Granulasi sekunder | Mixer, menara pengering semprot | Ukuran partikel 30-50um | Kekuatan partikel, porositas |
| Pelapisan karbon | Reaktor fluidized bed, sistem pemanasan awal | Suhu 600-1000℃, waktu 1 jam | Keseragaman lapisan karbon, jumlah lapisan |
| Pra-doping | Mixer, tungku sintering | Tergantung pada unsur dopingnya | Keseragaman doping, keamanan |
Langkah terakhir dalam produksi anoda silikon-oksigen adalah pasca-pemrosesan. Ini termasuk penghancuran, penyaringan, demagnetisasi, dan pengemasan. Langkah-langkah ini serupa dengan langkah-langkah untuk bahan anoda konvensional. Perhatian khusus harus diberikan pada higroskopisitas dan sensitivitas oksidasi bahan berbasis silikon. Operasi biasanya perlu dilakukan di bawah atmosfer kering atau lingkungan vakum.
Sepanjang keseluruhan proses produksi, sistem akuisisi data dan kontrol memantau dan menyesuaikan parameter secara real-time. Parameter ini meliputi suhu, tekanan, dan laju aliran. Hal ini memastikan stabilitas proses dan konsistensi produk.
Bubuk Epik
EPIC Powder berada di garis depan dalam memajukan produksi bahan anoda berbasis silikon. Dengan keahlian dalam memproses bubuk nano-silikon, prekursor komposit, dan perawatan pelapisan karbon, EPIC Powder diperlengkapi dengan baik untuk mendukung permintaan yang terus meningkat akan bahan baterai berkinerja tinggi. Seiring dengan terus berkembangnya industri, solusi inovatif EPIC Powder memainkan peran penting dalam meningkatkan kepadatan energi dan stabilitas siklus, yang berkontribusi pada pengembangan baterai lithium-ion generasi berikutnya untuk kendaraan listrik dan sistem penyimpanan energi.