تولید مواد مثبت و منفی

در تهیه مواد الکترود معدنی برای باتری‌های لیتیوم یونی، واکنش حالت جامد در دمای بالا رایج‌ترین روش مورد استفاده است. واکنش فاز جامد در دمای بالا: به فرآیندی اشاره دارد که در آن واکنش‌دهنده‌ها شامل مواد فاز جامد برای مدت زمانی در دمای معین واکنش می‌دهند و از طریق انتشار متقابل بین عناصر مختلف، واکنش‌های شیمیایی ایجاد می‌کنند تا پایدارترین ترکیبات را در دمای معین تولید کنند، از جمله واکنش جامد-جامد، واکنش جامد-گاز و واکنش جامد-مایع.

حتی اگر از روش سل-ژل، روش همرسوبی، روش هیدروترمال و روش سولووترمال استفاده شود، معمولاً واکنش فاز جامد یا تف‌جوشی فاز جامد در دمای بالا مورد نیاز است. دلیل این امر این است که اصل کار باتری لیتیوم-یون ایجاب می‌کند که ماده الکترود آن بتواند به طور مکرر li+ را وارد و خارج کند، بنابراین ساختار شبکه آن باید از پایداری کافی برخوردار باشد، که مستلزم آن است که بلورینگی مواد فعال بالا و ساختار کریستالی منظم باشد. دستیابی به این امر در شرایط دمای پایین دشوار است، بنابراین مواد الکترود باتری‌های لیتیوم-یون که در حال حاضر استفاده می‌شوند، اساساً از طریق واکنش حالت جامد در دمای بالا به دست می‌آیند.

خط تولید فرآوری مواد کاتدی عمدتاً شامل سیستم اختلاط، سیستم پخت، سیستم خردایش، سیستم شستشوی آب (فقط نیکل بالا)، سیستم بسته‌بندی، سیستم انتقال پودر و سیستم کنترل هوشمند است.

هنگامی که از فرآیند اختلاط مرطوب در تولید مواد کاتدی برای باتری‌های لیتیوم-یونی استفاده می‌شود، اغلب با مشکلات خشک شدن مواجه می‌شویم. حلال‌های مختلف مورد استفاده در فرآیند اختلاط مرطوب منجر به فرآیندها و تجهیزات خشک کردن متفاوتی می‌شوند. در حال حاضر، عمدتاً دو نوع حلال در فرآیند اختلاط مرطوب استفاده می‌شود: حلال‌های غیر آبی، یعنی حلال‌های آلی مانند اتانول، استون و غیره؛ حلال آب. تجهیزات خشک کردن برای اختلاط مرطوب مواد کاتدی باتری لیتیوم-یونی عمدتاً شامل موارد زیر است: خشک کن چرخشی خلاء، خشک کن چنگکی خلاء، خشک کن اسپری، خشک کن تسمه خلاء.

تولید صنعتی مواد کاتدی برای باتری‌های لیتیوم-یون معمولاً از فرآیند سنتز تف‌جوشی حالت جامد در دمای بالا استفاده می‌کند و تجهیزات اصلی و کلیدی آن کوره تف‌جوشی است. مواد اولیه برای تولید مواد کاتدی باتری لیتیوم-یون به طور یکنواخت مخلوط و خشک می‌شوند، سپس برای تف‌جوشی در کوره بارگیری می‌شوند و سپس از کوره تخلیه شده و وارد فرآیند خردایش و طبقه‌بندی می‌شوند. برای تولید مواد کاتدی، شاخص‌های فنی و اقتصادی مانند دمای کنترل دما، یکنواختی دما، کنترل و یکنواختی اتمسفر، پیوستگی، ظرفیت تولید، مصرف انرژی و درجه اتوماسیون کوره بسیار مهم هستند. در حال حاضر، تجهیزات اصلی تف‌جوشی مورد استفاده در تولید مواد کاتدی، کوره فشاری، کوره غلتکی و کوره زنگوله‌ای هستند.

◼ کوره غلتکی یک کوره تونلی با اندازه متوسط ​​است که گرمایش و پخت مداوم دارد.

◼ بر اساس اتمسفر کوره، مانند کوره فشاری، کوره غلتکی نیز به کوره هوایی و کوره اتمسفری تقسیم می‌شود.

• کوره هوایی: عمدتاً برای پخت موادی که نیاز به اتمسفر اکسیدکننده دارند، مانند مواد منگنات لیتیوم، مواد اکسید کبالت لیتیوم، مواد سه‌تایی و غیره استفاده می‌شود.
• کوره اتمسفری: عمدتاً برای مواد سه‌تایی NCA، مواد فسفات آهن لیتیوم (LFP)، مواد آند گرافیتی و سایر مواد پخت که به محافظت با گاز اتمسفر (مانند N2 یا O2) نیاز دارند، استفاده می‌شود.

◼ کوره غلتکی از فرآیند اصطکاک غلتشی استفاده می‌کند، بنابراین طول کوره تحت تأثیر نیروی محرکه قرار نمی‌گیرد. از لحاظ تئوری، می‌تواند بی‌نهایت باشد. ویژگی‌های ساختار حفره کوره، سازگاری بهتر هنگام پخت محصولات و ساختار حفره بزرگ کوره، حرکت جریان هوا در کوره و زهکشی و تخلیه لاستیک محصولات را تسهیل می‌کند. این تجهیزات ترجیحی برای جایگزینی کوره فشاری برای تحقق واقعی تولید در مقیاس بزرگ است.

◼ در حال حاضر، اکسید کبالت لیتیوم، سه تایی، منگنات لیتیوم و سایر مواد کاتدی باتری‌های لیتیوم-یون در کوره غلتکی هوا تف جوشی می‌شوند، در حالی که فسفات آهن لیتیوم در کوره غلتکی محافظت شده توسط نیتروژن و NCA در کوره غلتکی محافظت شده توسط اکسیژن تف جوشی می‌شوند.