Thiết bị chính cho sản xuất vật liệu anode gốc silicon

Trong quá trình sản xuất của anode gốc silicon Điện cực, lựa chọn và cấu hình thiết bị đặc biệt ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. So với sản xuất điện cực âm graphite truyền thống, thiết bị sản xuất điện cực anot gốc silicon có yêu cầu kỹ thuật cao hơn. Nó cũng có độ chính xác kiểm soát chặt chẽ hơn. Điện cực âm silicon-oxy và silicon-carbon có đặc điểm quy trình khác nhau. Thiết bị cốt lõi của chúng cũng khác nhau ở một mức độ nào đó. Nhưng một số thiết bị chung có thể được chia sẻ. Sau đây sẽ trình bày chi tiết về các thiết bị chính và đặc điểm kỹ thuật trong sản xuất điện cực âm gốc silicon.

Hệ thống lò thăng hoa

Hệ thống lò thăng hoa là thiết bị cốt lõi để chuẩn bị tiền chất anot silicon-oxide. Nó chủ yếu được sử dụng để tổng hợp silicon monoxide (SiOx). Các lò thăng hoa hiện đại thường áp dụng thiết kế thẳng đứng. Chúng được chia thành hai khu vực chức năng: vùng gia nhiệt dưới và vùng lắng đọng trên. Vùng gia nhiệt sử dụng phương pháp gia nhiệt cảm ứng tần số trung bình hoặc phương pháp gia nhiệt thanh silicon-molypden. Nhiệt độ đạt 1200–1800°C. Vùng lắng đọng có khay thu gom làm mát bằng nước. Hệ thống trao đổi nhiệt kiểm soát nhiệt độ ngưng tụ, dao động từ 400–800°C. Lò thăng hoa hoạt động trong môi trường chân không hoặc áp suất thấp (0,01–1000 Pa). Nó đòi hỏi hệ thống bơm chân không hiệu suất cao và hệ thống kiểm soát áp suất. Các lò thăng hoa tiên tiến tích hợp các hệ thống giám sát trực tuyến. Các hệ thống này giám sát sự phân bố nhiệt độ và tốc độ thăng hoa theo thời gian thực. Chúng đảm bảo tính đồng nhất và ổn định của thành phần SiOx.

Thiết bị chuẩn bị nano-silicon

Thiết bị tổng hợp và phân tán là thiết bị thiết yếu đối với anode gốc silicon. Thiết bị này bao gồm máy trộn tốc độ cao, máy nghiền hạt và hệ thống phân tán siêu âm. Đối với quy trình nghiền hạt, máy nghiền hạt ngang thường được sử dụng. Chúng được trang bị vật liệu nghiền zirconia hoặc cacbua vonfram (hỗn hợp 3mm và 5mm). Cường độ nghiền và thời gian nghiền được kiểm soát chính xác dựa trên các đặc tính của vật liệu. Công nghệ Shanghai Shanshan kết hợp phân tán siêu âm với nghiền hạt một cách sáng tạo. Sự kết hợp này sử dụng tiền xử lý siêu âm có thể điều chỉnh để phá vỡ các hạt kết tụ. Sau đó, quá trình nghiền hạt sẽ tinh chế các hạt, cải thiện đáng kể khả năng phân tán.

Thiết bị tổng hợp và phân tán

Thiết bị tổng hợp và phân tán là thiết bị thiết yếu đối với anode gốc silicon. Thiết bị này bao gồm máy trộn tốc độ cao, máy nghiền hạt và hệ thống phân tán siêu âm. Đối với quy trình nghiền hạt, máy nghiền hạt ngang thường được sử dụng. Chúng được trang bị vật liệu nghiền zirconia hoặc cacbua vonfram (hỗn hợp 3mm và 5mm). Cường độ nghiền và thời gian được kiểm soát chính xác dựa trên các đặc tính vật liệu.

Thiết bị tạo hạt và sấy khô

Thiết bị tạo hạt và sấy chuyển đổi bột nano-silicon hoặc silicon monoxide thành các hạt thứ cấp để xử lý thêm. Máy sấy phun là thiết bị tạo hạt được sử dụng phổ biến nhất. Chúng phun hỗn hợp silic trộn với chất kết dính thành các giọt nhỏ. Không khí nóng nhanh chóng làm khô các giọt thành các hạt. Một hệ thống tạo hạt thứ cấp do một viện nghiên cứu phát triển sử dụng các bình phun được thiết kế đặc biệt và hệ thống tuần hoàn không khí nóng. Các hệ thống này tạo ra các hạt đồng đều trong phạm vi 30–50μm, cải thiện khả năng chảy của bột siêu mịn. Đối với các hệ thống dựa trên dung môi, máy sấy chân không hoặc máy sấy đĩa cũng có thể được sử dụng. Cần phải cẩn thận để ngăn ngừa các vấn đề về nổ và thu hồi dung môi. Các đơn vị tạo hạt-sấy tầng sôi mới kết hợp các kỹ thuật phun và tạo hạt lưu hóa. Các hệ thống này cung cấp hiệu quả tạo hạt cao hơn và độ bền hạt tốt hơn. Chúng đang dần được áp dụng trong sản xuất anot gốc silicon cao cấp.

Thiết bị phủ và xử lý nhiệt

Lớp phủ và thiết bị xử lý nhiệt tăng cường hiệu suất điện hóa của anot gốc silicon. Điều này bao gồm các hệ thống CVD tầng sôi, lò quay và lò ống. Lò phản ứng tầng sôi lý tưởng để phủ cacbon cho anot oxit silic. Bằng cách kiểm soát chính xác tốc độ khí lưu hóa (cài đặt ban đầu 8L/giây) và nhiệt độ (600–1000°C), một lớp cacbon đồng nhất được lắng đọng. Các hệ thống tầng sôi tiên tiến có bộ gia nhiệt trước (nhiệt độ gia nhiệt trước ≥400°C) và bộ trao đổi nhiệt. Các hệ thống này giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng và giảm thiểu tối đa sự biến động nhiệt độ. Để xử lý cacbon hóa anot silicon-cacbon, người ta sử dụng lò quay hoặc lò nung tấm đẩy. Phạm vi nhiệt độ thường là 1000–1500°C, với thời gian xử lý là 2-5 giờ.

Thiết bị sau xử lý

Thiết bị sau xử lý bao gồm nghiền nát, phân loại, xử lý bề mặtvà các thiết bị đóng gói. Máy nghiền luồng khí là thiết bị chính để nghiền siêu mịn. Các máy nghiền này sử dụng thiết kế kiểu va chạm để tránh nhiễm kim loại. Chúng nghiền vật liệu đến mức mong muốn kích thước hạt (thường là D50<10μm). Hệ thống phân loại sử dụng bộ phân loại luồng khí để phân loại chính xác dựa trên khí động học của hạt. Thiết bị xử lý bề mặt bao gồm máy trộn biến tính và máy phủ. Chúng đưa lớp phủ chức năng vào vật liệu gốc silicon. Máy tách từ loại bỏ tạp chất kim loại được đưa vào trong quá trình chuẩn bị hoặc sản xuất nguyên liệu thô. Chúng thường sử dụng phương pháp tách từ nhiều giai đoạn có độ dốc cao. Thiết bị đóng gói hoạt động trong môi trường chân không hoặc khí quyển khô. Điều này ngăn không cho vật liệu gốc silicon hấp thụ độ ẩm và oxy hóa.

Hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển tự động là trung tâm thần kinh của các dây chuyền sản xuất anode silicon hiện đại. Nó phối hợp điều khiển nhiều quy trình khác nhau và thu thập dữ liệu. Các hệ thống điều khiển thông thường bao gồm các mô-đun điều khiển nhiệt độ và lưu lượng. Các mô-đun này theo dõi các thông số chính như nhiệt độ phản ứng trong lò thăng hoa, nhiệt độ lắng đọng trong vùng lắng đọng, nhiệt độ phản ứng trong lớp sôi và nhiệt độ bộ gia nhiệt trước. Hệ thống cũng thu thập dữ liệu sản xuất, chẳng hạn như năng suất lò thăng hoa, đầu vào vật liệu lớp sôi, lưu lượng khí và đầu ra. Dữ liệu này được sử dụng để tối ưu hóa quy trình và cho phép truy xuất nguồn gốc chất lượng. Các nhà máy tiên tiến áp dụng MES (Hệ thống thực hiện sản xuất) và công nghệ Internet công nghiệp. Các công nghệ này cho phép quản lý kỹ thuật số và thông minh toàn bộ quy trình sản xuất.

Phần kết luận

Ngành công nghiệp anode gốc silicon đang phát triển nhanh chóng. Thiết bị sản xuất của ngành này đang tiến hóa theo hướng quy mô lớn hơn, hoạt động liên tục và tự động hóa. Ví dụ, lò thăng hoa kiểu mẻ truyền thống đang được thay thế bằng thiết kế cấp liệu liên tục. Nhiều lớp lưu hóa được liên kết theo chuỗi. Điều này đạt được lớp phủ tuần tự của các lớp chức năng khác nhau. Công nghệ AI đang được áp dụng. Nó tối ưu hóa các thông số quy trình và dự đoán chất lượng. Những tiến bộ công nghệ này sẽ nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất anode gốc silicon. Chúng cũng sẽ cải thiện tính nhất quán của sản phẩm và khả năng cạnh tranh về chi phí. Điều này sẽ đẩy nhanh ứng dụng quy mô lớn của chúng trong các lĩnh vực pin điện cao cấp.

Biểu mẫu liên hệ Epic Powder