Кремний-кислородные аноды являются важной отраслью производства кремниевых анодов. Процесс их производства имеет уникальные технические характеристики и требования. Основным сырьем является монооксид кремния (SiOx). Его подготовка и переработка составляют основу всего производственного процесса. Кремний-кислородные аноды Магнийсодержащие соединения можно разделить на три типа: обычные, домагниевые и долитиевые. Каждый тип имеет свою специфику в процессе производства.
Получение прекурсоров монооксида кремния
Получение прекурсоров монооксида кремния (SiOx) является основным этапом производства кремний-кислородных анодов. Промышленный метод производства SiOx в основном использует высокотемпературную сублимацию. Порошок кремния из фотоэлектрических отходов и кварцевый песок Смеси смешивают в весовом соотношении от 1:1,2 до 2. Эту смесь помещают в сублимационную печь. Печь работает в вакууме или при низком давлении (0,01-1000 Па). Температура в зоне нагрева поддерживается в диапазоне от 1200°C до 1800°C. Это позволяет смеси реагировать и образовывать пары монооксида кремния.
Сублимационная печь разделена на две секции. Нижняя часть — зона нагрева, использующая среднечастотный индукционный нагрев или нагрев кремний-молибденовыми стержнями. Верхняя часть — зона осаждения, с водоохлаждаемым поддоном для сбора (температура конденсации от 400°C до 800°C) для сбора сублимированного монооксида кремния. Ключевое оборудование включает вакуумную сублимационную печь, вакуумную систему и систему теплообмена. Температурный градиент, уровень вакуума и скорость конденсации должны точно контролироваться. Это обеспечивает однородность и кристалличность SiOx.
После измельчения и классификации основного материала монооксида кремния он переходит к следующему этапу обработки. Для грубого измельчения используется щековая дробилка, которая превращает блоки SiOx в частицы миллиметрового размера. Затем применяется дробилка столкновительного типа. воздушно-струйная мельница Используется для тонкого измельчения. В результате получается кремниевый порошок микронного размера. D50 <10 мкм. The воздушно-струйная мельница Используется высокоскоростной поток воздуха для столкновения частиц. Это позволяет избежать загрязнения, характерного для традиционного механического дробления. Необходимо контролировать интенсивность дробления и количество циклов. Это предотвращает образование слишком мелких частиц, которые могут вызвать проблемы с псевдоожижением в дальнейшем.
Система вторичной грануляции
Система вторичной грануляции является ключевым этапом в решении проблемы псевдоожижения ультрадисперсных порошков. Порошок монооксида кремния микронного размера смешивается с раствором связующего вещества, содержащего углерод (например, полиакрилонитрила, полистирола, поливинилпирролидона или поливинилового спирта). Затем смесь перемешивается и подвергается распылительной сушке для образования вторичных частиц с размер частиц Размер частиц составляет 30-50 мкм. Этот процесс преобразует частицы монооксида кремния из класса С (менее 10 мкм, склонные к агломерации) в частицы класса А (более 30 мкм, легко разжижающиеся), что значительно улучшает текучесть материала.
Оборудование для вторичной грануляции в основном включает высокоскоростной смеситель, распылительную сушильную башню и систему подачи горячего воздуха. В процессе работы необходимо контролировать соотношение связующего вещества, интенсивность перемешивания и температуру сушки для обеспечения однородности и прочности частиц.
Обработка углеродным покрытием
Обработка углеродным покрытием является ключевым этапом повышения проводимости и циклической стабильности кремний-кислородных анодов. Вторичные частицы непрерывно подаются в реактор с псевдоожиженным слоем с помощью шнекового питателя. При температурах от 600°C до 1000°C частицы реагируют с источником углерода (например, ацетиленом) в течение 1 часа, обеспечивая равномерное углеродное покрытие поверхности. Реактор с псевдоожиженным слоем оборудован предварительным нагревателем (с температурой предварительного нагрева не ниже 400°C) для минимизации колебаний температуры.
Ключевым моментом этого процесса является контроль скорости потока псевдоожижающего газа (азота или аргона), которая изначально установлена на уровне 8 л/с, чтобы обеспечить полное псевдоожижение частиц без их уноса. Покрытый материал непрерывно выгружается через разгрузочное устройство, а отработанное тепло рекуперируется с помощью теплообменника.
Предварительно обработанный магний-SiO анод
В производстве кремний-кислородных анодов, изготовленных из предварительного количества магния, к базовому кремний-кислородному процессу добавляется этап термического восстановления магния. Кремний Кремний (Si), диоксид кремния (SiO2) и магний (Mg) смешиваются и подвергаются термической обработке в высокотемпературной печи. В результате образуется прекурсор монооксида кремния, легированного магнием, который затем подвергается измельчению, помолу и нанесению углеродного покрытия.
Легирование магнием помогает предотвратить чрезмерное образование пленки твердого электролитного межфазного слоя (SEI), повышая эффективность первого цикла примерно до 80%. Однако это увеличивает стоимость материала примерно на 100 000–200 000 юаней за тонну и может повлиять на циклические характеристики.
Предлитиевые кремний-кислородные аноды
В кремний-кислородных анодах, изготовленных с использованием предварительного литирования, после нанесения углеродного покрытия добавляется этап литирования. Литиевый порошок или оксид лития смешиваются и спекаются. Это позволяет повысить эффективность первого цикла до 86%-92%. Однако технология предварительного литирования по-прежнему сталкивается с проблемами безопасности и крупномасштабного производства. Степень индустриализации остается низкой.
Оборудование для литирования должно работать в инертной атмосфере (например, в атмосфере аргона). Скорость повышения температуры и равномерность смешивания должны строго контролироваться. Это предотвращает локальный перегрев, который может привести к проблемам с безопасностью.
Основные производственные процессы и ключевые параметры для кремниево-кислородных анодов
| Производственный процесс | Ключевое оборудование | Параметры процесса | Контрольные точки качества |
| приготовление SiOx | Вакуумная сублимационная печь, система конденсации | Температура 1200-1800℃, давление 0,01-1000 Па. | Однородность состава SiOx, кристалличность |
| Дробление и сортировка | Щековая дробилка, воздушно-струйная мельница | D50<10 мкм | Распределение частиц по размерам, контроль загрязнения металлами. |
| Вторичная грануляция | Смеситель, распылительная сушильная башня | Размер частиц 30-50 мкм | Прочность частиц, пористость |
| Углеродное покрытие | Реактор с псевдоожиженным слоем, система предварительного подогрева | Температура 600-1000℃, время 1 час. | Равномерность углеродного слоя, количество покрытия |
| Предопинг | Смеситель, печь для спекания | Зависит от легирующего элемента. | Единообразие допинга, безопасность |
Заключительным этапом в производстве кремний-кислородных анодов является постобработка. Она включает измельчение, просеивание, размагничивание и упаковку. Эти этапы аналогичны тем, которые используются для обычных анодных материалов. Особое внимание следует уделить гигроскопичности и чувствительности к окислению материалов на основе кремния. Как правило, операции необходимо проводить в сухой атмосфере или вакууме.
На протяжении всего производственного процесса система сбора и управления данными отслеживает и корректирует параметры в режиме реального времени. К этим параметрам относятся температура, давление и расход. Это обеспечивает стабильность процесса и однородность продукции.
Эпическая пудра
Компания EPIC Powder находится на переднем крае развития производства анодных материалов на основе кремния. Обладая опытом в обработке наночастиц кремния, композитных прекурсоров и нанесении углеродных покрытий, EPIC Powder располагает всем необходимым для удовлетворения растущего спроса на высокоэффективные материалы для батарей. По мере развития отрасли инновационные решения EPIC Powder играют ключевую роль в повышении плотности энергии и стабильности циклической работы, способствуя разработке литий-ионных батарей следующего поколения для электромобилей и систем хранения энергии.
Ошибка: Контактная форма не найдена.