CVD 방법을 이용한 실리콘-탄소 음극 재료 제조

실리콘-탄소 음극 재료를 제조하는 일반적인 방법에는 기계적 방법이 있습니다. 볼밀, 분무 건조, 화학 기상 증착(CVD) 등. 기계식 볼 밀 짝사랑 회전하는 볼과의 충돌을 통해 벌크 재료를 미세 입자로 분쇄하는 공정입니다. 이 공정은 간단하고 비용이 저렴하지만, 입자 응집 현상이 심각합니다. 또한, 과도한 분쇄는 흑연의 결정성과 표면을 손상시켜 부반응을 유발할 수 있습니다.

분무 건조는 가열된 가스를 이용하여 액체 용액을 급속하게 건조시켜 분말을 만드는 방법입니다. 이 방법은 간단하고 연속적이며 확장성이 뛰어나지만, 에너지 소비량이 많고 고성능 장비가 필요하다는 단점이 있습니다.

CVD는 기체 또는 증기 상태의 물질이 기체상 또는 기체-고체 계면에서 반응하여 고체 증착물을 생성하는 공정입니다. 이 방법은 장비 요구 조건이 비교적 낮고 공정이 간단하며 제어가 용이하고 고품질 증착이 가능하다는 장점이 있습니다. 또한 확장성이 뛰어나 산업화가 용이합니다. 실리콘-탄소 음극 재료 CVD 방식으로 제조된 제품은 일반적으로 초기 충방전 효율이 높고 사이클 안정성이 우수하여 발전 가능성이 매우 높습니다.

CVD(화학 기상 증착) 방법은 실리콘-탄소 음극 재료를 제조하는 데 사용됩니다. 주요 공정은 다음과 같습니다: 투입 → 활성화 → 실리콘 증착 → 탄소 증착 → 혼합 → 전자기 제거 → 선별 → 패키징.

급송

다공성 탄소 원료는 전구체로 사용되며 공급 시스템에 투입됩니다. 공급 시스템은 음압 펌핑 방식을 이용하여 원료를 밀폐된 파이프라인을 통해 다음 공정의 반응기로 이송하여 활성화시킵니다.

활성화

공급 시스템은 음압 펌핑을 이용하여 밀폐된 파이프라인을 통해 다공성 탄소를 반응기 내부로 공급합니다. 그런 다음 질소 보호 가스를 반응기에 주입하고 온도를 활성화 온도(800~1000°C)까지 서서히 올려 10시간 동안 유지합니다. 질소 보호 분위기 하에서 탄소는 산화되어 다공성 탄소 골격을 얻게 됩니다.

증착된 실리콘

활성화 반응 후, 다공성 탄소 골격 재료가 얻어진다. 이 재료를 화학 기상 증착로로 이송한 후, 질소 보호 가스를 주입하고 증착 반응에 필요한 온도(400~800℃)까지 서서히 온도를 올린 후 5~10시간 동안 유지한다. 질소 보호 및 유지 시간 동안, 고온로에 실란 가스를 주입하여 분해시킨다. 실란의 자동 발화 온도는 435℃이다.

대부분의 실란 가스는 용광로 내에서 자연 발화되므로 대량의 실란 가스 누출은 발생하지 않습니다. 용광로는 음압 균열을 보장하여 고온로 외부에는 폭발 구역이 형성되지 않습니다. 실란이 분해될 때 다공성 탄소 골격은 고온로 내에 남아 있고, 실란 가스는 고온 분해를 통해 나노 실리콘을 생성합니다. 나노 실리콘 입자는 다공성 탄소 골격 표면에 증착되고 다공성 탄소 골격의 틈새에 박혀 실리콘 증착 공정이 진행됩니다. 실리콘 증착이 완료되면 실란 공급을 차단합니다.
실리콘 증착 공정에 관련된 화학 반응식은 다음과 같습니다: SiH4→Si+2H2↑

혼입

실리콘 증착이 완료되면 얻어진 실리콘-탄소 복합재료는 밀폐된 파이프라인을 통해 음압으로 이송되어 믹서로 들어갑니다. 재료는 배치 균일성을 향상시키기 위해 고르게 혼합됩니다. 믹서는 고속으로 약 1시간 동안 작동하여 완전한 혼합 효과를 얻습니다. 믹서는 완전히 밀폐되어 있어 이송 및 혼합 과정에서 분진이 발생하지 않습니다. 재료가 투입구로 들어가 투입될 때 소량의 투입 분진만 발생합니다. 투입 과정에서 발생하는 분진과 폐가스는 함께 포집, 처리 및 배출됩니다.

전자기 탈자

원료에 철과 같은 자성 물질이 소량 함유될 수 있다는 점을 고려할 때, 자성 물질의 존재는 리튬 이온 배터리의 사이클 성능 및 안전성을 심각하게 저하시킬 수 있습니다. 따라서 제조된 실리콘-탄소 복합재료는 자성 제거를 위해 탈자 장치에 투입하여 자성을 분리해야 합니다.

상영

탈자 처리된 물질은 밀폐된 파이프를 통해 공압으로 진동 스크린으로 이송되어 선별됩니다. 그런 다음 물질 내의 큰 입자들이 제거됩니다.

발각

적합한 재료는 샘플링하여 검사합니다. 부적합 제품은 선별 과정에서 부적합 판정을 받은 재료들과 함께 일반 고형 폐기물로 처리합니다.

포장 및 창고 보관

품질 기준을 충족하는 제품은 자동 포장 시스템으로 보내져 밀봉기에 의해 밀봉됩니다. 재료는 파이프라인을 통해 직접 포장 백에 담겨 밀폐된 포장이 완성됩니다.

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