Anod silikon-oksigen adalah cabang penting anod berasaskan silikon. Proses pengeluaran mereka mempunyai ciri dan keperluan teknikal yang unik. Bahan mentah teras adalah silikon monoksida (SiOx). Penyediaan dan pemprosesannya membentuk asas kepada keseluruhan proses pengeluaran. Anod silikon-oksigen boleh dikelaskan kepada tiga jenis: biasa, pra-magnesium, dan pra-lithium. Setiap jenis mempunyai fokus yang berbeza dalam proses pengeluarannya.
Penyediaan Prekursor Silikon Monoksida
Penyediaan prekursor silikon monoksida (SiOx) adalah langkah utama dalam menghasilkan anod silikon-oksigen. Kaedah perindustrian untuk menghasilkan SiOx terutamanya menggunakan sublimasi suhu tinggi. Serbuk silikon sisa fotovoltaik dan pasir kuarza dicampur dalam nisbah berat 1:1.2 hingga 2. Campuran ini diletakkan ke dalam relau sublimasi. Relau beroperasi di bawah vakum atau persekitaran tekanan rendah (0.01-1000 Pa). Suhu dalam zon pemanasan dikekalkan antara 1200°C dan 1800°C. Ini membolehkan campuran bertindak balas dan menghasilkan wap silikon monoksida.
Relau pemejalwapan dibahagikan kepada dua bahagian. Bahagian bawah adalah zon pemanasan, yang menggunakan pemanasan aruhan frekuensi sederhana atau pemanasan rod silikon-molibdenum. Bahagian atas ialah zon pemendapan, dengan dulang pengumpulan yang disejukkan dengan air (suhu pemeluwapan 400°C hingga 800°C) untuk mengumpul silikon monoksida tersublim. Peralatan utama termasuk relau sublimasi vakum, sistem vakum dan sistem pertukaran haba. Kecerunan suhu, tahap vakum dan kadar pemeluwapan mesti dikawal dengan tepat. Ini memastikan keseragaman dan kehabluran SiOx.
Selepas bahan pukal silikon monoksida dihancurkan dan dikelaskan, ia bergerak ke proses seterusnya. Penghancur rahang digunakan untuk penghancuran kasar, mengurangkan blok SiOx kepada zarah bersaiz milimeter. Kemudian, jenis perlanggaran kilang jet udara digunakan untuk mengisar halus. Ini menghasilkan serbuk silikon bersaiz mikron dengan a D50 <10μm. The kilang jet udara menggunakan arus udara berkelajuan tinggi untuk menyebabkan perlanggaran zarah. Ini mengelakkan pencemaran daripada penghancuran mekanikal tradisional. Keamatan penghancuran dan kiraan kitaran mesti dikawal. Ini menghalang zarah yang terlalu halus, yang boleh menyebabkan masalah pencairan kemudian.
Sistem Granulasi Sekunder
Sistem granulasi sekunder adalah langkah utama dalam menyelesaikan masalah pencairan serbuk ultrahalus. Serbuk silikon monoksida bersaiz mikron dicampur dengan larutan pengikat yang mengandungi karbon (seperti poliakrilonitril, polistirena, polivinilpirolidon atau polivinil alkohol). Campuran kemudiannya dikacau dan disembur kering untuk membentuk zarah sekunder dengan a saiz Zarah daripada 30-50μm. Proses ini mengubah zarah silikon monoksida daripada kelas C (di bawah 10μm dan terdedah kepada aglomerasi) kepada zarah kelas A (melebihi 30μm dan mudah terbendalir), meningkatkan kebolehlilir bahan dengan ketara.
Peralatan granulasi sekunder terutamanya termasuk pengadun berkelajuan tinggi, menara pengering semburan, dan sistem udara panas. Semasa operasi, adalah perlu untuk mengawal nisbah pengikat, keamatan kacau, dan suhu pengeringan untuk memastikan keseragaman dan kekuatan zarah.
Rawatan Salutan Karbon
Karbon salutan rawatan adalah langkah teras untuk meningkatkan kekonduksian dan kestabilan berbasikal anod silikon-oksigen. Zarah sekunder dimasukkan secara berterusan ke dalam reaktor katil terbendalir oleh penyuap skru. Pada suhu antara 600°C dan 1000°C, zarah bertindak balas dengan gas sumber karbon (seperti asetilena) selama 1 jam, mencapai salutan karbon yang seragam pada permukaan. Reaktor katil terbendalir dilengkapi dengan pemanas awal (dengan suhu prapemanasan tidak lebih rendah daripada 400°C) untuk meminimumkan turun naik suhu.
Kunci kepada proses ini ialah mengawal kadar alir gas terbendalir (nitrogen atau argon), pada mulanya ditetapkan pada 8L/s, untuk memastikan zarah terbendalir sepenuhnya tanpa terbawa-bawa. Bahan bersalut dilepaskan secara berterusan melalui peranti nyahcas dan haba buangan diperoleh semula melalui penukar haba.
Anod Pra-Mg-SiO
Untuk anod silikon-oksigen pra-magnesium, proses pengeluaran menambah langkah pengurangan haba magnesium kepada proses asas silikon-oksigen. silikon (Si), silikon dioksida (SiO2), dan magnesium (Mg) dicampur dan dirawat haba dalam relau suhu tinggi. Ini menghasilkan prekursor silikon monoksida yang didopkan magnesium, yang kemudiannya tertakluk kepada penghancuran, pengisaran dan salutan karbon seterusnya.
Doping magnesium membantu menghalang pembentukan berlebihan filem SEI (Solid Electrolyte Interphase), meningkatkan kecekapan kitaran pertama kepada sekitar 80%. Walau bagaimanapun, ia meningkatkan kos bahan sebanyak kira-kira 100,000 hingga 200,000 RMB setiap tan dan boleh menjejaskan prestasi berbasikal.
Anod silikon-oksigen pra-lithium
Untuk anod silikon-oksigen pra-lithium, langkah lithiation ditambah selepas salutan karbon. Serbuk litium atau litium oksida dicampur dan disinter. Ini boleh meningkatkan kecekapan kitaran pertama kepada 86%-92%. Walau bagaimanapun, teknologi pra-lithiation masih menghadapi cabaran keselamatan dan pengeluaran berskala besar. Tahap perindustrian kekal rendah.
Peralatan lithiation mesti beroperasi di bawah suasana lengai (seperti argon). Kadar kenaikan suhu dan keseragaman pencampuran mesti dikawal dengan ketat. Ini menghalang pemanasan melampau setempat, yang boleh membawa kepada isu keselamatan.
Proses Pengeluaran Utama dan Parameter Utama untuk Anod Silikon-Oksigen
| Proses pengeluaran | Peralatan utama | Parameter proses | Titik kawalan kualiti |
| Penyediaan SiOx | Relau sublimasi vakum, sistem pemeluwapan | Suhu 1200-1800 ℃, tekanan 0.01-1000Pa | Keseragaman komposisi SiOx, kehabluran |
| Penghancuran dan penggredan | Penghancur rahang, kilang jet udara | D50<10μm | Saiz Zarah pengedaran, kawalan pencemaran logam |
| granulasi sekunder | Pengadun, menara pengering semburan | Saiz zarah 30-50um | Kekuatan zarah, keliangan |
| Salutan karbon | Reaktor katil terbendalir, sistem prapemanasan | Suhu 600-1000 ℃, masa 1j | Keseragaman lapisan karbon, jumlah salutan |
| Pra-doping | Pengadun, relau pensinteran | Bergantung pada elemen doping | Keseragaman doping, keselamatan |
Langkah terakhir dalam penghasilan anod silikon-oksigen ialah pasca pemprosesan. Ini termasuk penghancuran, penyaringan, penyahmagnetan dan pembungkusan. Langkah-langkah ini adalah serupa dengan langkah-langkah untuk bahan anod konvensional. Perhatian khusus mesti diberikan kepada kepekaan higroskopis dan pengoksidaan bahan berasaskan silikon. Operasi biasanya perlu dijalankan di bawah suasana kering atau persekitaran vakum.
Sepanjang keseluruhan proses pengeluaran, pemerolehan data dan sistem kawalan memantau dan melaraskan parameter dalam masa nyata. Parameter ini termasuk suhu, tekanan dan kadar aliran. Ini memastikan kestabilan proses dan konsistensi produk.
Bedak Epik
Serbuk EPIC berada di barisan hadapan dalam memajukan pengeluaran bahan anod berasaskan silikon. Dengan kepakaran dalam memproses serbuk nano-silikon, prekursor komposit dan rawatan salutan karbon, Serbuk EPIC dilengkapi dengan baik untuk menyokong permintaan yang semakin meningkat untuk bahan bateri berprestasi tinggi. Memandangkan industri terus berkembang, penyelesaian inovatif Serbuk EPIC memainkan peranan penting dalam meningkatkan ketumpatan tenaga dan kestabilan berbasikal, menyumbang kepada pembangunan bateri litium-ion generasi akan datang untuk kenderaan elektrik dan sistem storan tenaga.