No processo de produção de ânodo à base de silício A seleção e a configuração de equipamentos especiais para eletrodos afetam diretamente a qualidade do produto e a eficiência da produção. Comparado à produção tradicional de eletrodos negativos de grafite, o equipamento de produção de eletrodos anódicos à base de silício possui requisitos técnicos mais elevados. Além disso, possui um controle de precisão mais rigoroso. Os eletrodos negativos de silício-oxigênio e silício-carbono possuem características de processo diferentes. Seus equipamentos principais também diferem em certa medida. No entanto, alguns equipamentos gerais podem ser compartilhados. A seguir, detalharemos os principais equipamentos e características técnicas na produção de eletrodos negativos à base de silício.
O Sistema de Forno de Sublimação
O sistema de forno de sublimação é o equipamento principal para a preparação de precursores de ânodo de óxido de silício. É usado principalmente para sintetizar monóxido de silício (SiOx). Os fornos de sublimação modernos geralmente adotam um design vertical. Eles são divididos em duas áreas funcionais: a zona de aquecimento inferior e a zona de deposição superior. A zona de aquecimento utiliza aquecimento por indução de média frequência ou aquecimento por haste de silício-molibdênio. As temperaturas atingem 1200–1800°C. A zona de deposição possui uma bandeja coletora resfriada a água. Um sistema de troca de calor controla a temperatura de condensação, que varia de 400–800°C. O forno de sublimação opera em vácuo ou em ambiente de baixa pressão (0,01–1000 Pa). Requer um sistema de bomba de vácuo de alto desempenho e um sistema de controle de pressão. Fornos de sublimação avançados integram sistemas de monitoramento online. Esses sistemas monitoram a distribuição de temperatura e as taxas de sublimação em tempo real. Eles garantem a uniformidade e a estabilidade da composição de SiOx.
Equipamento de preparação de nano-silício
Os equipamentos para compósitos e dispersão são essenciais para ânodos à base de silício. Eles incluem misturadores de alta velocidade, moinhos de esferas e sistemas de dispersão ultrassônica. Para o processo de moagem de esferas, moinhos de esferas horizontais são comumente utilizados. Estes são equipados com meios de moagem de zircônia ou carboneto de tungstênio (mistura de 3 mm e 5 mm). A intensidade e o tempo de moagem são controlados com precisão com base nas propriedades do material. A Shanghai Shanshan Technology combina de forma inovadora a dispersão ultrassônica com a moagem de esferas. Essa combinação utiliza um pré-tratamento ultrassônico ajustável para quebrar aglomerados de partículas. Após isso, a moagem de esferas refina as partículas, melhorando significativamente a dispersão.
Equipamentos Compostos e de Dispersão
Os equipamentos de compósito e dispersão são essenciais para ânodos à base de silício. Eles incluem misturadores de alta velocidade, moinhos de esferas e sistemas de dispersão ultrassônicos. Para o processo de moagem de esferas, moinhos de esferas horizontais são comumente utilizados. Estes são equipados com meios de moagem de zircônia ou carboneto de tungstênio (mistura de 3 mm e 5 mm). A intensidade e o tempo de moagem são controlados com precisão com base nas propriedades do material.
Equipamentos de Granulação e Secagem
Equipamentos de granulação e secagem convertem nano-silício ou pó de monóxido de silício em partículas secundárias para processamento posterior. Os secadores por pulverização são os equipamentos de granulação mais comumente usados. Eles atomizam a pasta de silício misturada com ligantes em pequenas gotículas. O ar quente seca rapidamente as gotículas em partículas. Um sistema de granulação secundária desenvolvido por um instituto de pesquisa utiliza atomizadores especialmente projetados e sistemas de circulação de ar quente. Esses sistemas produzem partículas uniformes na faixa de 30–50 μm, melhorando a fluidez de pós ultrafinos. Para sistemas à base de solvente, secadores a vácuo ou secadores de disco também podem ser usados. Deve-se tomar cuidado para evitar explosão e problemas de recuperação de solvente. Novas unidades de granulação-secagem em leito fluidizado combinam técnicas de fluidização e pulverização. Esses sistemas oferecem maior eficiência de granulação e melhor resistência das partículas. Eles estão sendo gradualmente aplicados na produção de ânodos à base de silício de alta qualidade.
Equipamentos de revestimento e tratamento térmico
Revestimento e equipamentos de tratamento térmico melhoram o desempenho eletroquímico do ânodo à base de silício. Isso inclui sistemas CVD de leito fluidizado, fornos rotativos e fornos tubulares. O reator de leito fluidizado é ideal para revestimento de carbono de ânodos de óxido de silício. Ao controlar precisamente a velocidade do gás de fluidização (ajuste inicial 8L/s) e a temperatura (600–1000°C), uma camada uniforme de carbono é depositada. Sistemas avançados de leito fluidizado têm pré-aquecedores (temperatura de pré-aquecimento ≥400°C) e trocadores de calor. Esses sistemas reduzem o consumo de energia e minimizam as flutuações de temperatura. Para o tratamento de carbonização de ânodos de silício-carbono, fornos rotativos ou fornos de placa de pressão são usados. A faixa de temperatura é tipicamente de 1000–1500°C, com tempo de tratamento de 2 a 5 horas.
Equipamento de pós-tratamento
O equipamento de pós-tratamento inclui esmagamento, classificação, tratamento de superfíciee dispositivos de embalagem. Os moinhos de fluxo de ar são o equipamento principal para moagem ultrafina. Esses moinhos utilizam um projeto do tipo colisão para evitar contaminação por metais. Eles trituram os materiais até a densidade desejada. tamanho da partícula (tipicamente D50<10μm). O sistema de classificação utiliza classificadores de fluxo de ar para uma classificação precisa com base na aerodinâmica das partículas. Os equipamentos de tratamento de superfície incluem misturadores de modificação e máquinas de revestimento. Estes introduzem revestimentos funcionais em materiais à base de silício. Os separadores magnéticos removem impurezas metálicas introduzidas durante a preparação ou produção da matéria-prima. Normalmente, utilizam separação magnética de alto gradiente em múltiplos estágios. Os equipamentos de embalagem operam em atmosfera seca ou em ambiente de vácuo. Isso evita que os materiais à base de silício absorvam umidade e oxidem.
O Sistema de Controle de Automação
O sistema de controle de automação é o centro nervoso das modernas linhas de produção de ânodos à base de silício. Ele coordena o controle de vários processos e coleta dados. Sistemas de controle típicos incluem módulos de controle de temperatura e fluxo. Esses módulos monitoram parâmetros-chave como temperatura de reação no forno de sublimação, temperatura de deposição na zona de deposição, temperatura de reação no leito fluidizado e temperatura do pré-aquecedor. O sistema também coleta dados de produção, como rendimento do forno de sublimação, entrada de material no leito fluidizado, fluxo de gás e saída. Esses dados são usados para otimizar o processo e permitir a rastreabilidade da qualidade. Fábricas avançadas utilizam tecnologias MES (Manufacturing Execution Systems) e internet industrial. Essas tecnologias permitem o gerenciamento digital e inteligente de todo o processo de produção.
| Tipo de equipamento | Função principal | Parâmetros técnicos principais |
| Sistema de forno de sublimação | Síntese e deposição de SiOx | Temperatura 1200-1800℃, pressão 0,01-1000Pa |
| Equipamento CVD de nano silício | Preparação de pó de nano silício | Decomposição de silano, tamanho de partícula 20-100 nm |
| Equipamento PVD de nano silício | Preparação de nano silício de alta pureza | Condensação de evaporação de plasma, tamanho de partícula <100 nm |
| Sistema de dispersão de moinho de areia | Composto de silício-carbono e refinamento | Mídia de moagem 3/5mm, tempo 1-3h |
| Torre de granulação por pulverização | Preparação de partículas secundárias | Tamanho da partícula 30-50μm |
| Sistema CVD de leito fluidizado | Tratamento de revestimento de carbono | Temperatura 600-1000℃, velocidade do gás 8L/s |
| Forno de sinterização com proteção atmosférica | Tratamento térmico de carbonização | Temperatura 1000-1500℃, tempo 2-5h |
| Sistema de moagem e classificação por jato de ar | Classificação ultrafina e classificando | D50<10μm, classificação multinível |
Conclusão
A indústria de ânodos à base de silício está se desenvolvendo rapidamente. Seus equipamentos de produção estão evoluindo para maior escala, operação contínua e automação. Por exemplo, os fornos tradicionais de sublimação em batelada estão sendo substituídos por projetos de alimentação contínua. Múltiplos leitos fluidizados são interligados em série. Isso permite o revestimento sequencial de diferentes camadas funcionais. A tecnologia de IA está sendo aplicada. Ela otimiza os parâmetros do processo e prevê a qualidade. Esses avanços tecnológicos aumentarão ainda mais a eficiência da produção de ânodos à base de silício. Eles também melhorarão a consistência do produto e a competitividade de custos. Isso acelerará sua aplicação em larga escala em campos de baterias de alta potência.