음극 재료의 생산 공정 분석

리튬 배터리의 주요 유형 음극 재료 흑연 기반 재료(인공 흑연 및 천연 흑연 등)와 비흑연 기반 재료(실리콘 기반 양극 재료 등)가 포함됩니다. 아래는 이러한 재료의 일반적인 생산 공정입니다.

인공흑연 음극 소재의 생산 공정

전처리

흑연 원료와 아스팔트는 제품 요구 사항에 따라 100:(5-20)과 같은 비율로 혼합됩니다. 혼합물은 진공 공급기를 통해 호퍼로 이송됩니다. 거기에서 혼합물은 다음 공정으로 들어갑니다. 에어젯 밀 공기 흐름 분쇄 방식입니다. 초기 크기가 5~10mm인 원료 및 보조 재료를 5~10미크론 크기로 분쇄합니다. 분쇄 후 사이클론 집진기를 사용하여 원하는 입자 크기의 입자를 포집하며, 집진량은 약 80%입니다. 배출 가스는 필터 엘리먼트를 통해 여과된 후 배출됩니다. 집진 효율은 99% 이상입니다.

육아

이 공정은 열분해 및 볼밀 선별 단계로 나뉩니다.

열분해 공정:
중간 물질을 반응기에 넣습니다. 반응기 내부의 공기를 질소로 치환합니다. 반응기를 밀폐하고 2.5kg의 압력 하에서 온도 곡선에 따라 전기적으로 가열합니다. 200~300°C에서 1~3시간 동안 교반한 후 400~500°C까지 추가 가열합니다. 물질을 교반하여 생성물을 형성합니다. 입자 크기직경 10~20mm. 그런 다음 냉각 및 배출되어 중간 물질 2가 생성됩니다.

볼밀 및 심사 과정:
중간 재료 2는 진공 공급 방식을 통해 볼 밀로 투입됩니다. 10~20mm 크기의 재료는 6~10미크론 크기로 분쇄됩니다. 분쇄된 분말은 파이프라인을 통해 선별기로 이송됩니다. 선별된 재료는 자동 포장 및 계량 장치를 통해 측정 및 포장되어 중간 재료 3이 생성됩니다. 크기가 큰 재료는 진공 이송을 통해 추가 분쇄를 위해 볼 밀로 되돌려집니다.

흑연화

제품을 흑연화로 내부의 보호 매체에 넣고 고온으로 가열합니다. 이 과정을 통해 2차원 공간에서 불규칙하게 배열된 육각형 탄소 원자 평면이 규칙적인 3차원 구조로 변형되어 흑연 구조를 갖게 됩니다. 흑연화 방법에는 간헐식과 연속식 두 가지 주요 방식이 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 흑연화로는 애치슨형과 박스형 흑연화로입니다.

애치슨 공정에서는 양극 재료를 흑연 도가니에 고르게 담습니다. 이 도가니는 오버헤드 크레인으로 들어 올려 용광로에 평평하게 놓습니다. 저항 재료는 용광로 중심부의 흑연 도가니 주변에 배치됩니다. 도가니는 절연 재료로 덮어 용광로 내부를 채웁니다. 용광로는 양쪽에 설치된 전극으로 가열됩니다. 용광로가 필요한 온도에 도달하면 상부를 덮고 가스 포집 후드를 설치합니다. 용광로 온도는 2800~3000°C까지 상승합니다. 도가니 내부의 탄소 재료는 고온 처리를 거쳐 비정질 탄소 미세 결정 구조에서 불순물이 제거되고 흑연 결정 구조로 변환됩니다.

볼 밀링 및 스크리닝

흑연화된 재료는 진공 공급 방식으로 볼 밀에 투입되어 물리적으로 혼합 및 분쇄됩니다. 270메쉬 분자체를 사용하여 선별합니다. 선별된 재료는 검사, 무게 측정, 포장 및 보관됩니다. 크기가 큰 재료는 입자 크기 기준을 충족하기 위해 추가로 볼 밀에서 분쇄한 후 다시 선별합니다.

천연 흑연 음극 재료의 생산 공정

• 흑연 광석 채굴 및 부유선별 분류:
  흑연 광석은 천연 흑연 매장지에서 채굴됩니다. 채굴된 광석은 부유선별법 등의 공정을 거쳐 불순물을 제거합니다. 이 과정을 통해 특정 입자 크기와 순도를 가진 흑연 입자를 얻을 수 있습니다.
• 구형화:
  천연 흑연 입자는 구형화를 위해 공기 충격 또는 분쇄 방법을 사용하여 처리됩니다. 이 과정을 통해 흑연 입자의 모양이 더욱 균일해져 부피 밀도와 속도 성능이 향상됩니다.
• 정제 및 건조:
  구형화된 흑연 입자는 불순물과 유해 물질을 제거하기 위해 화학적 정제 과정을 거칩니다. 그 후, 입자는 수분을 제거하기 위해 건조됩니다.
• 표면 개조:
  화학적 또는 물리적 방법을 사용하여 흑연 입자의 표면을 변형합니다. 여기에는 전도성 물질로 코팅하거나 전기화학적 성능을 향상시키기 위한 표면 처리가 포함될 수 있습니다.
• 믹싱 및 스크리닝:
  표면 개질된 흑연 입자는 전도성 물질 및 결합제와 같은 다른 첨가제와 혼합됩니다. 그런 다음 혼합물을 체질하여 불순물과 불량 입자를 제거합니다.
• 자석 제거 및 포장:
  선별된 흑연 입자는 자성 물질을 제거하기 위해 자성 제거 과정을 거칩니다. 그 후, 재료를 포장하여 최종 천연 흑연 음극 제품을 생산합니다.

실리콘계 음극 재료의 생산 공정

탄소 코팅된 이산화규소를 예로 들어 설명하겠습니다.

• 실리콘 소스 준비:
  실리콘 나노입자 또는 박막은 화학 기상 증착(CVD)이나 물리 기상 증착(PVD)과 같은 방법을 사용하여 제조됩니다.
• 이산화규소 합성:
  실리콘 원료 물질은 특정 조건에서 산화제와 반응하여 이산화규소(SiO)를 형성합니다.
• 탄소 코팅:
  화학 기상 증착, 물리 기상 증착 또는 졸-겔법과 같은 방법을 사용하여 이산화규소 표면에 탄소층을 코팅합니다. 이렇게 하여 탄소 코팅된 이산화규소 복합재료를 형성합니다.
• 치료 후:
  탄소 코팅된 이산화규소 복합재료는 분쇄, 선별, 건조 등의 후처리 공정을 거칩니다. 그 결과, 균일한 입자 크기와 안정적인 성능을 지닌 실리콘 기반 음극재료가 얻어집니다.

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