Materiał anodowy akumulatora litowo-jonowego seria piąta - sposób przygotowania grafitowego materiału anodowego

Jeśli porównamy firmę produkującą akumulatory litowo-jonowe do kucharza, materiał elektrody ujemnej jest twardym warzywem. To, jak dobrze zrobić to twarde warzywo, jest głównym obowiązkiem inżynierów większości firm produkujących baterie litowe, a jakość samego twardego warzywa należy wziąć pod uwagę. Zdolność mistrzów warzyw jest teraz, a ci mistrzowie warzyw są producentami negatywnych materiałów. Jako ostatni artykuł z serii podstawowa wiedza o elektrodach ujemnych powrócę do źródła i przeprowadzę wstępne badanie procesu produkcji materiałów na elektrody ujemne, mając nadzieję na spopularyzowanie podstawowej wiedzy dla większości kolegów zajmujących się bateriami litowymi.

1. Proces produkcji sztucznego grafitu

Ludzie często myślą, że produkcja materiałów elektrod ujemnych jest bardzo prosta, wystarczy wrzucić surowce do pieca do spiekania i podnieść temperaturę spiekania, ale to zrozumienie jest bardzo powierzchowne. Przygotowanie sztucznego grafitu musi przejść przez cztery główne procesy „kruszenia, granulacji, grafityzacji i przesiewania” oraz wiele małych procesów. Dwa ogniwa granulacji i grafityzacji mają wysokie bariery techniczne, które nie są proste. Wystarczy zwykłe spiekanie. Zacznijmy od surowców sztucznego grafitu:

Kruszywa sztucznego grafitu dzielą się na trzy kategorie: serie węglowe, serie naftowe oraz serie mieszane węglowo-naftowe. Wśród nich najszerzej stosowane są koks igłowany na bazie węgla, koks igłowany na bazie ropy naftowej i koks naftowy. Na obecnym rynku koks igłowy jest wykorzystywany jako surowiec do wysokiej klasy elektrod ujemnych, a tani koks naftowy jako surowiec do elektrod ujemnych średniej i niskiej klasy. Spoiwo działa tak, że wiąże ze sobą różne cząstki.

Pierwszy to proces obróbki wstępnej. W zależności od potrzeb produktu surowce grafitowe i asfalt miesza się w różnych proporcjach, a następnie przeprowadza się młyn strumieniowy. Zmielone surowce trafiają do procesu granulacji. Proces granulacji dzieli się na pirolizę i mielenie kulowe. Proces przesiewania, wielkość, rozkład i morfologia granulacji będą bezpośrednio wpływać na działanie materiału elektrody ujemnej, co zostało omówione w poprzednim temacie i nie będzie tutaj szczegółowo opisywane; proces pirolizy jest procesem gradientowego ogrzewania i mieszania, które może być W produkcie pośrednim proces przesiewania w młynie kulowym jest procesem mechanicznego mielenia kulowego. Duże cząstki są mielone na mniejsze. W tym czasie produkt wchodzi w proces grafityzacji, i jest spiekany w różnych temperaturach, w zależności od potrzeb w celu uzyskania produktów o różnym stopniu grafityzacji. Na koniec wykonuje się frezowanie kulowe. W trakcie przesiewania jest wiele drobnych procesów, a każdy producent jest inny, więc nie będę ich tutaj powtarzał.

Grafityzacja to obróbka cieplna w wysokiej temperaturze, w której przygotowywany produkt jest umieszczany w medium ochronnym w piecu grafityzacyjnym i podgrzewany do wysokiej temperatury, tak aby siatka płaszczyzny heksagonalnego atomu węgla została przekształcona z nieuporządkowanego zachodzenia na siebie dwuwymiarowej przestrzeń do uporządkowanego nakładania się przestrzeni trójwymiarowej i ma strukturę grafitową. W procesie tym wraz ze wzrostem temperatury spiekania wady struktury grafitu stają się coraz mniejsze, a stopień grafityzacji coraz wyższy, ale w rzeczywistym procesie produkcyjnym rozkład temperatury jest często nierównomierny, co wymaga myślenia o ekwipunek. Metoda sprawia, że ​​rozkład temperatury jest bardziej równomierny, ogrzewanie całego materiału jest bardziej równomierne i poprawia czystość produktu.

2. Proces produkcji grafitu naturalnego

Etapy to również cztery główne procesy: kruszenia, granulacji, grafityzacji i przesiewania. Ze względu na wady grafitu naturalnego należy również przeprowadzić takie etapy jak sferoidyzacja, usuwanie magnetyczne i powlekanie powierzchni, co ma również poprawić właściwości fizyczne grafitu naturalnego. i wydajność elektrochemiczna.
Wraz z rozwojem technologii, równolegle prowadzona jest produkcja sztucznego grafitu z naturalnym grafitem jako surowcem. W końcu mój kraj ma rozległe terytorium i obfite naturalne zasoby grafitu. Jednak obecnie nadal istnieją poważne problemy, a ścieżka procesowa i związane z nią technologie wciąż się rozwijają. wśród.

3. Proces produkcji mikrosfer mezowęglowych (MCMB)

Po obróbce cieplnej związków paku zachodzi polikondensacja termiczna, w wyniku której powstają anizotropowe kulki mezofazowe.

Jest to kulista cząstka, którą można ciasno upakować, tworząc elektrodę o dużej gęstości; ma małą powierzchnię, co ogranicza reakcje uboczne podczas ładowania i rozładowania; wewnętrzna struktura kryształu jest ułożona promieniście, co oznacza, że ​​na jej powierzchni znajduje się wiele odsłoniętych powierzchni. Krawędź kryształu grafitu, która umożliwia ładowanie i rozładowywanie go z dużą gęstością prądu, znalazła szerokie zastosowanie w ładowaniu i szybkim ładowaniu baterie litowo-jonowe.

4. Inne procesy produkcji materiałów grafitowych

Miękki węgiel: powszechnie znany jako łatwo grafityzowany materiał węglowy, jest to amorficzny materiał węglowy, który może być grafityzowany poniżej 2000 ° C, o niskiej krystaliczności, dużym odstępie między warstwami, wysokiej nieodwracalnej pojemności do pierwszego rozładowania i bez widocznego plateau napięcia. Może przepuszczać koks naftowy i koks igłowy. spiekane;

Węgiel twardy: powszechnie znany jako trudny do grafityzacji materiał węglowy, trudno go grafityzować w temperaturach powyżej 3000 °C. Generalnie, materiały żywiczno-węglowe, sadza acetylenowa i inne substancje mają odpowiednie odstępy międzywarstwowe, nie wykazują wyraźnego rozszerzania się podczas ładowania i rozładowywania oraz mają dobrą wydajność ładowania i rozładowywania. , jest szeroko stosowany w Japonii.

Wraz z postępem technologii produkcji elektrod ujemnych niektórzy producenci mogą powlekać powierzchnię sztucznego grafitu miękkim węglem lub twardym materiałem węglowym, co nie tylko zapewnia wysoką pojemność sztucznego grafitu do ładowania i rozładowania, ale także umożliwia sam materiał ma wysoką -stopa ładowania i rozładowania pojemności. i dobra wydajność w wysokich i niskich temperaturach, ale koszt będzie odpowiednio wyższy.

Streszczenie: W artykule przedstawiono pokrótce etapy i procesy produkcji sztucznego grafitu, grafitu naturalnego i mikrosfer mezowęglowych. Każde przedsiębiorstwo ma swoją unikalną technologię i proces produkcyjny. Wydajne materiały anodowe będą również stopniowo opracowywane i produkowane masowo, a cały przemysł akumulatorów litowo-jonowych również będzie się rozwijał. Jak na razie kończy się tu seria materiałów anodowych. Mam nadzieję, że większość współpracowników zajmujących się bateriami litowymi będzie w stanie wyrazić cenne opinie promujące wspólny rozwój branży.