In het productieproces van anode op basis van silicium Elektroden, de keuze en configuratie van speciale apparatuur hebben direct invloed op de productkwaliteit en productie-efficiëntie. Vergeleken met traditionele productie van negatieve grafietelektroden, stelt apparatuur voor de productie van siliciumanode-elektroden hogere technische eisen. Ook is de regelnauwkeurigheid strenger. Negatieve silicium-zuurstof- en silicium-koolstofelektroden hebben verschillende proceseigenschappen. Hun basisapparatuur verschilt ook enigszins. Sommige algemene apparatuur kan echter worden gedeeld. Hieronder worden de belangrijkste apparatuur en technische kenmerken voor de productie van negatieve siliciumelektroden beschreven.
Het sublimatieovensysteem
Het sublimatieovensysteem is de kernapparatuur voor de bereiding van siliciumoxide-anodeprecursoren. Het wordt voornamelijk gebruikt voor de synthese van siliciummonoxide (SiOx). Moderne sublimatieovens hebben doorgaans een verticaal ontwerp. Ze zijn verdeeld in twee functionele zones: de onderste verwarmingszone en de bovenste depositiezone. De verwarmingszone maakt gebruik van middenfrequente inductieverhitting of silicium-molybdeenstaafverhitting. De temperaturen bereiken 1200-1800 °C. De depositiezone heeft een watergekoelde opvangbak. Een warmtewisselaar regelt de condensatietemperatuur, die varieert van 400-800 °C. De sublimatieoven werkt in een vacuüm- of lagedrukomgeving (0,01-1000 Pa). Hiervoor zijn een krachtig vacuümpompsysteem en een drukregelsysteem vereist. Geavanceerde sublimatieovens integreren online monitoringsystemen. Deze systemen bewaken de temperatuurverdeling en sublimatiesnelheden in realtime. Ze garanderen de uniformiteit en stabiliteit van de SiOx-samenstelling.
Nanosilicium-preparatieapparatuur
De composiet- en dispersieapparatuur is essentieel voor siliciumanoden. Deze omvat hogesnelheidsmengers, parelmolens en ultrasone dispersiesystemen. Voor het parelmaalproces worden doorgaans horizontale parelmolens gebruikt. Deze zijn uitgerust met zirkoniumoxide of wolfraamcarbide maalmedia (gemengd in 3 mm en 5 mm). De intensiteit en tijd van het slijpen worden nauwkeurig geregeld op basis van de materiaaleigenschappen. Shanghai Shanshan Technology combineert op innovatieve wijze ultrasoon dispersie met parelmalen. Deze combinatie maakt gebruik van instelbare ultrasone voorbehandeling om deeltjesagglomeraten te breken. Vervolgens verfijnt parelmalen de deeltjes, wat de dispersie aanzienlijk verbetert.
De composiet- en dispersieapparatuur
De composiet- en dispersieapparatuur is essentieel voor anodes op siliciumbasis. Deze omvat hogesnelheidsmengers, parelmolens en ultrasone dispersiesystemen. Voor het parelmaalproces worden veelal horizontale parelmolens gebruikt. Deze zijn uitgerust met zirkoniumoxide of wolfraamcarbide maalmedia (gemengd in 3 mm en 5 mm). De slijpintensiteit en -tijd worden nauwkeurig geregeld op basis van de materiaaleigenschappen.
Granulatie- en droogapparatuur
Granulatie- en droogapparatuur zet nanosilicium- of siliciummonoxidepoeder om in secundaire deeltjes voor verdere verwerking. Sproeidrogers zijn de meest gebruikte granulatieapparatuur. Ze vernevelen siliciumslurry gemengd met bindmiddelen tot kleine druppeltjes. Hete lucht droogt de druppeltjes snel tot deeltjes. Een secundair granulatiesysteem, ontwikkeld door een onderzoeksinstituut, maakt gebruik van speciaal ontworpen vernevelaars en heteluchtcirculatiesystemen. Deze systemen produceren uniforme deeltjes in het bereik van 30-50 μm, wat de vloeibaarheid van ultrafijne poeders verbetert. Voor systemen op basis van oplosmiddelen kunnen ook vacuümdrogers of schijfdrogers worden gebruikt. Er moet zorgvuldig worden omgegaan met het voorkomen van explosies en problemen met de terugwinning van oplosmiddelen. Nieuwe wervelbedgranulatie-/droogunits combineren fluïdisatie- en sproeitechnieken. Deze systemen bieden een hogere granulatie-efficiëntie en betere deeltjessterkte. Ze worden geleidelijk toegepast in de productie van hoogwaardige anoden op basis van silicium.
Coating- en warmtebehandelingsapparatuur
Coating en warmtebehandelingsapparatuur verbeteren de elektrochemische prestaties van siliciumanoden. Dit omvat wervelbed-CVD-systemen, draaiovens en buisovens. De wervelbedreactor is ideaal voor het koolstofcoaten van siliciumoxide-anodes. Door de snelheid van het fluïdisatiegas (initiële instelling 8 l/s) en de temperatuur (600-1000 °C) nauwkeurig te regelen, wordt een uniforme koolstoflaag afgezet. Geavanceerde wervelbedsystemen zijn voorzien van voorverwarmers (voorverwarmingstemperatuur ≥ 400 °C) en warmtewisselaars. Deze systemen verminderen het energieverbruik en minimaliseren temperatuurschommelingen. Voor de carbonisatiebehandeling van silicium-koolstof-anodes worden draaiovens of duwplaatovens gebruikt. Het temperatuurbereik ligt doorgaans tussen 1000 en 1500 °C, met een behandelingstijd van 2-5 uur.
Nabehandelingsapparatuur
Nabehandelingsapparatuur omvat: verpletteren, classificatie, oppervlaktebehandelingen verpakkingsapparatuur. Luchtstroommolens zijn de gangbare apparatuur voor ultrafijn malen. Deze molens maken gebruik van een botsingsontwerp om metaalverontreiniging te voorkomen. Ze vermalen materialen tot de gewenste grootte. deeltjesgrootte (meestal D50 < 10 μm). Het classificatiesysteem maakt gebruik van luchtstroomclassificatoren voor nauwkeurige classificatie op basis van deeltjesaerodynamica. Oppervlaktebehandelingsapparatuur omvat modificatiemixers en coatingmachines. Deze brengen functionele coatings aan op siliciumgebaseerde materialen. Magnetische scheiders verwijderen metaalverontreinigingen die tijdens de grondstofvoorbereiding of -productie zijn geïntroduceerd. Deze maken doorgaans gebruik van meertraps hooggradiënt magnetische scheiding. Verpakkingsapparatuur werkt in een droge atmosfeer of vacuümomgeving. Dit voorkomt dat siliciumgebaseerde materialen vocht absorberen en oxideren.
Het automatiseringscontrolesysteem
Het automatiseringssysteem is het zenuwcentrum van moderne productielijnen voor siliciumanoden. Het coördineert de besturing van verschillende processen en verzamelt gegevens. Typische besturingssystemen omvatten temperatuur- en flowregelmodules. Deze modules bewaken belangrijke parameters zoals de reactietemperatuur in de sublimatieoven, de depositietemperatuur in de depositiezone, de reactietemperatuur in het wervelbed en de temperatuur van de voorverwarmer. Het systeem verzamelt ook productiegegevens, zoals de opbrengst van de sublimatieoven, de input van wervelbedmateriaal, de gasstroom en de output. Deze gegevens worden gebruikt om het proces te optimaliseren en de kwaliteit te traceren. Geavanceerde fabrieken maken gebruik van MES (Manufacturing Execution Systems) en industriële internettechnologieën. Deze technologieën maken digitaal en intelligent beheer van het gehele productieproces mogelijk.
| Type apparatuur | Hoofdfunctie | Belangrijkste technische parameters |
| Sublimatie oven systeem | SiOx-synthese en -afzetting | Temperatuur 1200-1800℃, druk 0,01-1000Pa |
| Nanosilicium CVD-apparatuur | Bereiding van nanosiliciumpoeder | Silane-ontleding, deeltjesgrootte 20-100 nm |
| Nanosilicium PVD-apparatuur | Preparaat van nanosilicium met hoge zuiverheid | Plasma-verdampingscondensatie, deeltjesgrootte <100 nm |
| Zandmolendispersiesysteem | Silicium-koolstofcomposiet en verfijning | Maalmedia 3/5mm, tijd 1-3u |
| Spuitgranulatietoren | Voorbereiding van secundaire deeltjes | Deeltjesgrootte 30-50μm |
| Gefluïdiseerd bed CVD-systeem | Koolstofcoatingbehandeling | Temperatuur 600-1000℃, gassnelheid 8L/s |
| Atmosfeerbeschermende sinteroven | Carbonisatie warmtebehandeling | Temperatuur 1000-1500℃, tijd 2-5 uur |
| Luchtstraalfrees- en classificatiesysteem | Ultrafijne sortering en classificeren | D50<10μm, classificatie op meerdere niveaus |
Conclusie
De siliciumanode-industrie ontwikkelt zich snel. De productieapparatuur evolueert naar grootschaliger, continu gebruik en automatisering. Zo worden traditionele batch-sublimatieovens vervangen door continu-toevoer-ontwerpen. Meerdere wervelbedden worden in serie geschakeld. Dit zorgt voor een sequentiële coating van verschillende functionele lagen. AI-technologie wordt toegepast. Deze optimaliseert procesparameters en voorspelt de kwaliteit. Deze technologische ontwikkelingen zullen de productie-efficiëntie van siliciumanoden verder verhogen. Ze zullen ook de productconsistentie en kostenconcurrentie verbeteren. Dit zal de grootschalige toepassing ervan in hoogwaardige batterijtechnologie versnellen.