การปฏิวัติการจัดเก็บพลังงาน: กระบวนการผลิตและอุปกรณ์ที่ล้ำสมัยสำหรับแอโนดซิลิกอน-ออกซิเจน

ขั้วบวกซิลิกอน-ออกซิเจน เป็นสาขาที่สำคัญของแอโนดที่ใช้ซิลิกอนเป็นฐาน กระบวนการผลิตมีลักษณะทางเทคนิคและข้อกำหนดเฉพาะตัว วัตถุดิบหลักคือซิลิกอนมอนอกไซด์ (SiOx) การเตรียมและแปรรูปเป็นรากฐานของกระบวนการผลิตทั้งหมด ขั้วบวกซิลิกอน-ออกซิเจน สามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ แบบธรรมดา พรีแมกนีเซียม และพรีลิเธียม โดยแต่ละประเภทมีจุดเน้นในกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน

การเตรียมสารตั้งต้นซิลิกอนมอนอกไซด์

การเตรียมสารตั้งต้นซิลิกอนมอนอกไซด์ (SiOx) เป็นขั้นตอนหลักในการผลิตแอโนดซิลิกอน-ออกซิเจน วิธีทางอุตสาหกรรมสำหรับการผลิต SiOx จะใช้การระเหิดที่อุณหภูมิสูงเป็นหลัก ผงซิลิกอนขยะจากพลังงานแสงอาทิตย์และ ทรายควอทซ์ ผสมกันในอัตราส่วนน้ำหนัก 1:1.2 ต่อ 2 นำส่วนผสมนี้ใส่ในเตาเผาแบบระเหิด เตาเผาจะทำงานภายใต้สภาวะสุญญากาศหรือแรงดันต่ำ (0.01-1000 Pa) โดยรักษาอุณหภูมิในโซนทำความร้อนไว้ระหว่าง 1,200°C ถึง 1,800°C ซึ่งจะทำให้ส่วนผสมเกิดปฏิกิริยาและผลิตไอซิลิกอนมอนอกไซด์ได้

เตาเผาแบบระเหิดแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนล่างเป็นโซนให้ความร้อน ซึ่งใช้การเหนี่ยวนำความถี่ปานกลางหรือการให้ความร้อนด้วยแท่งซิลิกอน-โมลิบดีนัม ส่วนบนเป็นโซนการสะสม โดยมีถาดเก็บที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ (อุณหภูมิการควบแน่น 400°C ถึง 800°C) เพื่อเก็บซิลิกอนมอนอกไซด์ที่ระเหิดแล้ว อุปกรณ์หลัก ได้แก่ เตาเผาแบบระเหิดสูญญากาศ ระบบสูญญากาศ และระบบแลกเปลี่ยนความร้อน จะต้องควบคุมการไล่ระดับอุณหภูมิ ระดับสูญญากาศ และอัตราการควบแน่นอย่างแม่นยำ เพื่อให้แน่ใจว่า SiOx จะมีความสม่ำเสมอและตกผลึก

หลังจากที่วัสดุซิลิกอนมอนอกไซด์จำนวนมากถูกบดและจำแนกประเภทแล้ว วัสดุดังกล่าวจะเคลื่อนไปยังกระบวนการถัดไป เครื่องบดแบบขากรรไกรใช้สำหรับบดหยาบ โดยลดบล็อก SiOx ให้เหลือเป็นอนุภาคขนาดมิลลิเมตร จากนั้นจึงบดแบบชน เครื่องโม่พ่นลม ใช้ในการบดละเอียด ส่งผลให้ได้ผงซิลิกอนขนาดไมครอนที่มี D50 <10ไมโครเมตร. การ เครื่องโม่พ่นลม ใช้กระแสลมความเร็วสูงเพื่อทำให้เกิดการชนกันของอนุภาค ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนจากการบดด้วยเครื่องจักรแบบเดิม ความเข้มข้นในการบดและจำนวนรอบต้องได้รับการควบคุม เพื่อป้องกันอนุภาคละเอียดเกินไปซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาการฟลูอิไดเซชันในภายหลัง

ระบบการอัดเม็ดแบบรอง

ระบบการอัดเม็ดรองเป็นขั้นตอนสำคัญในการแก้ปัญหาการฟลูอิไดเซชันของผงละเอียดพิเศษ ผงซิลิกอนมอนอกไซด์ขนาดไมครอนถูกผสมกับสารละลายสารยึดเกาะที่มีคาร์บอน (เช่น โพลีอะคริโลไนไตรล์ โพลีสไตรีน โพลีไวนิลไพร์โรลิโดน หรือโพลีไวนิลแอลกอฮอล์) จากนั้นจึงผสมส่วนผสมและทำให้แห้งด้วยการพ่นเพื่อสร้างอนุภาครองด้วย ขนาดอนุภาค ของ 30-50μm กระบวนการนี้จะเปลี่ยนอนุภาคซิลิกอนมอนอกไซด์จากคลาส C (ต่ำกว่า 10μm และมีแนวโน้มที่จะเกาะตัวกัน) ให้เป็นอนุภาคคลาส A (สูงกว่า 30μm และไหลได้ง่าย) ปรับปรุงการไหลของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญ

อุปกรณ์การอัดเม็ดรองประกอบด้วยเครื่องผสมความเร็วสูง หอคอยอบแห้งแบบพ่นละออง และระบบลมร้อนเป็นหลัก ในระหว่างการทำงาน จำเป็นต้องควบคุมอัตราส่วนของสารยึดเกาะ ความเข้มข้นของการกวน และอุณหภูมิการอบแห้งเพื่อให้แน่ใจว่าอนุภาคมีความสม่ำเสมอและมีความแข็งแรง

การเคลือบคาร์บอน

คาร์บอน การเคลือบ การบำบัดเป็นขั้นตอนหลักในการปรับปรุงสภาพนำไฟฟ้าและเสถียรภาพของวงจรของแอโนดซิลิกอน-ออกซิเจน อนุภาคทุติยภูมิจะถูกป้อนอย่างต่อเนื่องเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์เบดโดยเครื่องป้อนแบบสกรู ที่อุณหภูมิระหว่าง 600°C ถึง 1000°C อนุภาคจะทำปฏิกิริยากับก๊าซต้นทางคาร์บอน (เช่น อะเซทิลีน) เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ทำให้มีการเคลือบคาร์บอนอย่างสม่ำเสมอบนพื้นผิว เครื่องปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์เบดติดตั้งเครื่องอุ่นล่วงหน้า (โดยมีอุณหภูมิอุ่นล่วงหน้าไม่ต่ำกว่า 400°C) เพื่อลดความผันผวนของอุณหภูมิให้เหลือน้อยที่สุด

กุญแจสำคัญของกระบวนการนี้คือการควบคุมอัตราการไหลของก๊าซฟลูอิไดเซชัน (ไนโตรเจนหรืออาร์กอน) ซึ่งตั้งค่าเริ่มต้นที่ 8L/s เพื่อให้แน่ใจว่าอนุภาคจะถูกฟลูอิไดเซชันอย่างสมบูรณ์โดยไม่ถูกพัดพาไป วัสดุเคลือบจะถูกปล่อยออกอย่างต่อเนื่องผ่านอุปกรณ์ปล่อย และความร้อนเสียจะถูกกู้คืนผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อน

ขั้วบวกพรีแมกนีเซียม-SiO

สำหรับแอโนดซิลิคอน-ออกซิเจนก่อนแมกนีเซียม กระบวนการผลิตจะเพิ่มขั้นตอนการลดความร้อนแมกนีเซียมให้กับกระบวนการซิลิคอน-ออกซิเจนขั้นพื้นฐาน ซิลิคอน (Si) ซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO2) และแมกนีเซียม (Mg) จะถูกผสมและผ่านการอบด้วยความร้อนในเตาเผาอุณหภูมิสูง ซึ่งจะทำให้เกิดสารตั้งต้นซิลิกอนมอนอกไซด์ที่เจือปนแมกนีเซียม จากนั้นจึงนำไปบด บดละเอียด และเคลือบด้วยคาร์บอน

การเติมแมกนีเซียมช่วยป้องกันการเกิดฟิล์ม SEI (Solid Electrolyte Interphase) มากเกินไป ทำให้ประสิทธิภาพรอบแรกอยู่ที่ประมาณ 80% อย่างไรก็ตาม การเพิ่มปริมาณแมกนีเซียมจะทำให้ต้นทุนวัสดุเพิ่มขึ้นประมาณ 100,000 ถึง 200,000 หยวนต่อตัน และอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพรอบ

ขั้วบวกซิลิเธียม-ออกซิเจนก่อนลิเธียม

สำหรับขั้วบวกลิเธียมซิลิคอน-ออกซิเจนก่อนการผลิต จะมีการเพิ่มขั้นตอนการลิเธียมหลังจากการเคลือบคาร์บอน ผงลิเธียมหรือลิเธียมออกไซด์จะถูกผสมและเผาผนึก วิธีนี้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพรอบแรกเป็น 86%-92% ได้ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีก่อนการผลิตลิเธียมยังคงเผชิญกับความท้าทายด้านความปลอดภัยและการผลิตขนาดใหญ่ ระดับของการผลิตเชิงอุตสาหกรรมยังคงอยู่ในระดับต่ำ

อุปกรณ์ลิเธียมต้องทำงานภายใต้บรรยากาศเฉื่อย (เช่น อาร์กอน) อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและความสม่ำเสมอของการผสมต้องได้รับการควบคุมอย่างเคร่งครัด เพื่อป้องกันการเกิดความร้อนสูงเกินไปในบริเวณนั้น ซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาความปลอดภัยได้

กระบวนการผลิตหลักและพารามิเตอร์หลักสำหรับแอโนดซิลิกอน-ออกซิเจน

ขั้นตอนสุดท้ายในการผลิตแอโนดซิลิกอน-ออกซิเจนคือขั้นตอนหลังการผลิต ซึ่งได้แก่ การบด การร่อน การทำให้แม่เหล็กสลายตัว และการบรรจุหีบห่อ ขั้นตอนเหล่านี้คล้ายคลึงกับขั้นตอนสำหรับวัสดุแอโนดทั่วไป ต้องใส่ใจเป็นพิเศษกับคุณสมบัติในการดูดความชื้นและความไวต่อการเกิดออกซิเดชันของวัสดุที่ใช้ซิลิกอนเป็นฐาน การดำเนินการโดยทั่วไปต้องดำเนินการภายใต้บรรยากาศแห้งหรือสภาพแวดล้อมสุญญากาศ

ระบบรวบรวมและควบคุมข้อมูลจะตรวจสอบและปรับพารามิเตอร์แบบเรียลไทม์ตลอดกระบวนการผลิตทั้งหมด พารามิเตอร์เหล่านี้ได้แก่ อุณหภูมิ แรงดัน และอัตราการไหล ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรของกระบวนการและผลิตภัณฑ์

ผงมหากาพย์

EPIC Powder เป็นผู้นำด้านการพัฒนาการผลิตวัสดุขั้วบวกที่ทำจากซิลิกอน ด้วยความเชี่ยวชาญด้านการประมวลผลผงซิลิกอนนาโน สารตั้งต้นแบบผสม และการเคลือบคาร์บอน EPIC Powder จึงพร้อมที่จะรองรับความต้องการวัสดุสำหรับแบตเตอรี่ประสิทธิภาพสูงที่เพิ่มมากขึ้น ในขณะที่อุตสาหกรรมยังคงพัฒนาต่อไป โซลูชันอันสร้างสรรค์ของ EPIC Powder มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานและความเสถียรของวงจร ซึ่งมีส่วนช่วยในการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรุ่นต่อไปสำหรับยานยนต์ไฟฟ้าและระบบกักเก็บพลังงาน