Dalam proses pengeluaran anod berasaskan silikon elektrod, pemilihan dan konfigurasi peralatan khas secara langsung mempengaruhi kualiti produk dan kecekapan pengeluaran. Berbanding dengan pengeluaran elektrod negatif grafit tradisional, peralatan pengeluaran elektrod anod berasaskan silikon mempunyai keperluan teknikal yang lebih tinggi. Ia juga mempunyai ketepatan kawalan yang lebih ketat. Silikon-oksigen dan silikon-karbon elektrod negatif mempunyai ciri-ciri proses yang berbeza. Peralatan teras mereka juga berbeza sedikit sebanyak. Tetapi beberapa peralatan am boleh dikongsi. Berikut akan memperincikan peralatan utama dan ciri teknikal dalam pengeluaran elektrod negatif berasaskan silikon.
Sistem Relau Sublimasi
Sistem relau sublimasi ialah peralatan teras untuk menyediakan prekursor anod silikon-oksida. Ia digunakan terutamanya untuk mensintesis silikon monoksida (SiOx). Relau sublimasi moden biasanya menggunakan reka bentuk menegak. Mereka dibahagikan kepada dua kawasan berfungsi: zon pemanasan bawah dan zon pemendapan atas. Zon pemanasan menggunakan pemanasan aruhan frekuensi sederhana atau pemanasan rod silikon-molibdenum. Suhu mencapai 1200–1800°C. Zon pemendapan mempunyai dulang pengumpulan yang disejukkan dengan air. Sistem pertukaran haba mengawal suhu pemeluwapan, yang berjulat antara 400–800°C. Relau pemejalwapan beroperasi dalam persekitaran vakum atau tekanan rendah (0.01–1000 Pa). Ia memerlukan sistem pam vakum berprestasi tinggi dan sistem kawalan tekanan. Relau pemejalwapan lanjutan menyepadukan sistem pemantauan dalam talian. Sistem ini memantau pengagihan suhu dan kadar pemejalwapan dalam masa nyata. Mereka memastikan keseragaman dan kestabilan komposisi SiOx.
Peralatan Penyediaan Nano-silikon
Peralatan komposit dan penyebaran adalah penting untuk anod berasaskan silikon. Ia termasuk pengadun berkelajuan tinggi, kilang manik dan sistem penyebaran ultrasonik. Untuk proses mengisar manik, kilang manik mendatar biasanya digunakan. Ini dilengkapi dengan media pengisar zirkonia atau tungsten karbida (campuran 3mm dan 5mm). Keamatan dan masa pengisaran dikawal dengan tepat berdasarkan sifat bahan. Teknologi Shanghai Shanshan secara inovatif menggabungkan penyebaran ultrasonik dengan pengilangan manik. Gabungan ini menggunakan prarawatan ultrasonik boleh laras untuk memecahkan aglomerat zarah. Selepas itu, pengilangan manik menapis zarah, meningkatkan penyebaran dengan ketara.
Peralatan Komposit dan Penyerakan
Peralatan komposit dan penyebaran adalah penting untuk anod berasaskan silikon. Ia termasuk pengadun berkelajuan tinggi, kilang manik dan sistem penyebaran ultrasonik. Untuk proses mengisar manik, kilang manik mendatar biasanya digunakan. Ini dilengkapi dengan media pengisar zirkonia atau tungsten karbida (campuran 3mm dan 5mm). Keamatan dan masa pengisaran dikawal dengan tepat berdasarkan sifat bahan.
Granulasi dan Peralatan Pengeringan
Peralatan granulasi dan pengeringan menukar serbuk nano-silikon atau silikon monoksida kepada zarah sekunder untuk pemprosesan selanjutnya. Pengering semburan adalah peralatan granulasi yang paling biasa digunakan. Mereka mengatomkan buburan silikon bercampur dengan pengikat ke dalam titisan kecil. Udara panas dengan cepat mengeringkan titisan menjadi zarah. Sistem granulasi sekunder yang dibangunkan oleh institut penyelidikan menggunakan pengabus yang direka khas dan sistem peredaran udara panas. Sistem ini menghasilkan zarah seragam dalam julat 30–50μm, meningkatkan kebolehliran serbuk ultrahalus. Untuk sistem berasaskan pelarut, pengering vakum atau pengering cakera juga boleh digunakan. Penjagaan mesti diambil untuk mengelakkan masalah letupan dan pemulihan pelarut. Unit pengeringan butiran katil terbendalir baharu menggabungkan teknik penbendalir dan penyemburan. Sistem ini menawarkan kecekapan granulasi yang lebih tinggi dan kekuatan zarah yang lebih baik. Ia secara beransur-ansur digunakan dalam pengeluaran anod berasaskan silikon mewah.
Peralatan Salutan dan Rawatan Haba
Salutan dan peralatan rawatan haba meningkatkan prestasi elektrokimia anod berasaskan silikon. Ini termasuk sistem CVD katil terbendalir, relau berputar dan relau tiub. Reaktor katil terbendalir adalah sesuai untuk salutan karbon anod silikon-oksida. Dengan mengawal kelajuan gas penbendaliran dengan tepat (tetapan awal 8L/s) dan suhu (600–1000°C), lapisan karbon seragam dimendapkan. Sistem katil terbendalir lanjutan mempunyai prapemanas (suhu prapemanasan ≥400°C) dan penukar haba. Sistem ini mengurangkan penggunaan tenaga dan meminimumkan turun naik suhu. Untuk rawatan pengkarbonan anod silikon-karbon, relau berputar atau tanur plat tolak digunakan. Julat suhu biasanya 1000–1500°C, dengan masa rawatan 2-5 jam.
Peralatan Selepas Rawatan
Peralatan selepas rawatan termasuk menghancurkan, pengelasan, rawatan permukaan, dan peranti pembungkusan. Kilang aliran udara ialah peralatan arus perdana untuk pengisaran ultrahalus. Kilang ini menggunakan reka bentuk jenis perlanggaran untuk mengelakkan pencemaran logam. Mereka menghancurkan bahan mengikut kehendak saiz Zarah (biasanya D50<10μm). Sistem pengelasan menggunakan pengelas aliran udara untuk pengelasan tepat berdasarkan aerodinamik zarah. Peralatan rawatan permukaan termasuk pengadun pengubahsuaian dan mesin salutan. Ini memperkenalkan salutan berfungsi pada bahan berasaskan silikon. Pemisah magnet membuang kekotoran logam yang diperkenalkan semasa penyediaan atau pengeluaran bahan mentah. Mereka biasanya menggunakan pemisahan magnet kecerunan tinggi berbilang peringkat. Peralatan pembungkusan beroperasi dalam suasana kering atau persekitaran vakum. Ini menghalang bahan berasaskan silikon daripada menyerap lembapan dan pengoksidaan.
Sistem Kawalan Automasi
Sistem kawalan automasi ialah pusat saraf bagi barisan pengeluaran anod berasaskan silikon moden. Ia menyelaras kawalan pelbagai proses dan mengumpul data. Sistem kawalan biasa termasuk modul kawalan suhu dan aliran. Modul ini memantau parameter utama seperti suhu tindak balas dalam relau pemejalwapan, suhu pemendapan dalam zon pemendapan, suhu tindak balas dalam katil terbendalir dan suhu prapemanas. Sistem ini juga mengumpul data pengeluaran, seperti hasil relau pemejalwapan, input bahan katil terbendalir, aliran gas dan output. Data ini digunakan untuk mengoptimumkan proses dan membolehkan kebolehkesanan kualiti. Kilang termaju menggunakan MES (Sistem Pelaksanaan Pembuatan) dan teknologi Internet industri. Teknologi ini membolehkan pengurusan digital dan pintar bagi keseluruhan proses pengeluaran.
| Jenis peralatan | Fungsi utama | Parameter teknikal utama |
| Sistem relau pemejalwapan | Sintesis dan pemendapan SiOx | Suhu 1200-1800 ℃, tekanan 0.01-1000Pa |
| Peralatan CVD silikon nano | Penyediaan serbuk silikon nano | Penguraian silan, saiz zarah 20-100nm |
| Peralatan PVD silikon nano | Penyediaan silikon nano ketulenan tinggi | Pemeluwapan penyejatan plasma, saiz zarah <100nm |
| Sistem penyebaran kilang pasir | Komposit silikon-karbon dan penapisan | Media pengisaran 3/5mm, masa 1-3j |
| Menara granulasi semburan | Penyediaan zarah sekunder | Saiz Zarah 30-50μm |
| Sistem CVD katil terbendalir | Rawatan salutan karbon | Suhu 600-1000℃, halaju gas 8L/s |
| Relau pensinteran perlindungan atmosfera | Rawatan haba pengkarbonan | Suhu 1000-1500℃, masa 2-5j |
| Sistem pengilangan dan pengelasan jet udara | Penggredan ultrahalus dan mengelaskan | D50<10μm, pengelasan pelbagai peringkat |
Kesimpulan
Industri anod berasaskan silikon sedang berkembang pesat. Peralatan pengeluarannya sedang berkembang ke arah skala yang lebih besar, operasi berterusan dan automasi. Sebagai contoh, relau sublimasi jenis kelompok tradisional digantikan dengan reka bentuk suapan berterusan. Berbilang katil terbendalir disambungkan secara bersiri. Ini mencapai salutan berurutan bagi lapisan berfungsi yang berbeza. Teknologi AI sedang digunakan. Ia mengoptimumkan parameter proses dan meramalkan kualiti. Kemajuan teknologi ini akan meningkatkan lagi kecekapan pengeluaran anod berasaskan silikon. Mereka juga akan meningkatkan konsistensi produk dan daya saing kos. Ini akan mempercepatkan aplikasi berskala besar mereka dalam medan bateri kuasa tinggi.