Os métodos comuns para preparar materiais de eletrodo negativo de silício-carbono incluem métodos mecânicos. moinho de bolas, Secagem por aspersão, deposição química de vapor (CVD), etc. Moinho de bolas mecânico paixões O processo consiste em transformar materiais a granel em partículas finas por meio da colisão com esferas rotativas. É um processo simples e de baixo custo, porém com sérios problemas de aglomeração de partículas. Além disso, a moagem excessiva destrói a cristalinidade e a superfície do grafite, levando a reações secundárias.
A secagem por aspersão utiliza gás aquecido para secar rapidamente soluções líquidas e transformá-las em pós secos. É um processo simples, contínuo e escalável, porém apresenta alto consumo de energia e exige equipamentos complexos.
A deposição química de vapor (CVD) é um processo no qual substâncias gasosas ou vaporosas reagem na fase gasosa ou na interface gás-sólido para gerar depósitos sólidos. Este método apresenta requisitos de equipamento relativamente baixos, processos simples e controláveis, e permite a obtenção de depósitos de alta qualidade. Além disso, possui grande escalabilidade e é facilmente industrializável. Materiais de eletrodo negativo de silício-carbono Os dispositivos preparados por CVD geralmente apresentam alta eficiência na primeira carga e descarga, além de boa estabilidade de ciclo, demonstrando grande potencial de desenvolvimento.
O método CVD é utilizado para preparar materiais de eletrodo negativo de silício-carbono. O processo principal é: alimentação → ativação → deposição de silício → deposição de carbono → mistura → remoção do eletromagnetismo → peneiramento → encapsulamento.
Alimentação
A matéria-prima de carbono poroso é utilizada como precursor e alimentada em um sistema de alimentação. O sistema de alimentação utiliza um método de bombeamento por pressão negativa para transportar a matéria-prima até um reator na próxima etapa do processo, através de uma tubulação fechada, para ativação.
Ativação
O sistema de alimentação utiliza bombeamento de pressão negativa para fornecer carbono poroso ao reator através de um tubo fechado. Em seguida, gás protetor de nitrogênio é introduzido no reator, e a temperatura é gradualmente elevada até a temperatura de ativação (800-1000 °C), sendo mantida por 10 horas. Sob proteção de nitrogênio, o carbono é oxidado para obter um esqueleto de carbono poroso.
Silício depositado
Após a reação de ativação, obtém-se um material com esqueleto de carbono poroso. Este é transportado para um forno de deposição química de vapor, onde é introduzido gás protetor de nitrogênio e a temperatura é gradualmente elevada até a temperatura necessária para a reação de deposição (400~800°C), sendo mantida aquecida por 5 a 10 horas. Durante o período de proteção e isolamento com nitrogênio, o gás silano é introduzido no forno de alta temperatura para decomposição. A temperatura de autoignição do silano é de 435°C.
A maior parte do gás silano pode entrar em combustão espontânea no forno, e não haverá vazamento significativo desse gás. O forno garante a craqueamento sob pressão negativa, e nenhuma área de explosão se forma fora do forno de alta temperatura. Quando o silano se decompõe, a estrutura de carbono porosa permanece no forno de alta temperatura, e o gás silano sofre decomposição em alta temperatura para gerar nanopartículas de silício. Essas nanopartículas são depositadas na superfície da estrutura de carbono porosa e se incorporam nas lacunas da mesma, realizando o processo de deposição de silício. Após a conclusão da deposição de silício, o fluxo de silano é interrompido.
A equação da reação química envolvida no processo de deposição de silício é: SiH4→Si+2H2↑
Misturando
Após a deposição de silício, o material compósito de silício-carbono obtido entra no misturador através de um tubo fechado, bombeado por pressão negativa. Os materiais são misturados homogeneamente para melhorar a homogeneidade da mistura. A mistura ocorre por cerca de 1 hora em alta velocidade no misturador, para garantir uma homogeneização completa. O misturador é totalmente fechado, não havendo geração de poeira durante o transporte e o processo de mistura. Apenas uma pequena quantidade de poeira é gerada durante a alimentação dos materiais. A poeira e os gases residuais do processo de alimentação são coletados, tratados e descartados em conjunto.
Desmagnetização eletromagnética
Considerando que as matérias-primas podem conter uma pequena quantidade de substâncias magnéticas, como ferro, a presença dessas substâncias deteriora seriamente o desempenho de ciclagem e a segurança das baterias de íon-lítio. Portanto, o material compósito de silício-carbono preparado precisa ser desmagnetizado e submetido à separação magnética por meio de um desmagnetizador.
Triagem
O material desmagnetizado é transportado pneumaticamente através de um tubo selado até uma peneira vibratória para peneiramento. Em seguida, as partículas maiores do material são removidas.
Detecção
Os materiais qualificados são amostrados e testados. Os produtos não qualificados são tratados como resíduos sólidos comuns, juntamente com os materiais não qualificados no processo de triagem.
Embalagem e armazenagem
Os produtos aprovados são enviados para o sistema de embalagem automática e selados pela seladora. Os materiais entram diretamente no saco de embalagem através do tubo, formando uma embalagem fechada.
Pó Épico
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