एनोड सामग्री वर्गीकरण और उत्पादन प्रक्रिया

2025-03-26

एनोड सामग्रियों को मुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: कार्बन सामग्री और गैर-कार्बन सामग्री। कार्बन का अर्थ कार्बन-आधारित प्रणालियों से है, जिसमें मुख्य रूप से मेसोक्लोन माइक्रोस्फियर, कृत्रिम ग्रेफाइट, प्राकृतिक ग्रेफाइट और कठोर कार्बन शामिल हैं। वर्तमान में, सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली कार्बन सामग्री ग्रेफाइट एनोड सामग्री है, जिनमें कृत्रिम ग्रेफाइट और प्राकृतिक ग्रेफाइट का बड़ी मात्रा में औद्योगिक अनुप्रयोग हैं। गैर-कार्बन सामग्री मुख्य रूप से सिलिकॉन-आधारित सामग्री, टिन-आधारित सामग्री, लिथियम टाइटेनाट आदि शामिल हैं। जिनमें, सिलिकॉन-आधारित एनोड सामग्री वर्तमान में प्रमुख एनोड सामग्री निर्माताओं के मुख्य अनुसंधान वस्त्र हैं, और भविष्य में बड़े पैमाने पर लागू होने की संभावना वाले नए एनोड सामग्रियों में से एक हैं।

प्राकृतिक ग्रेफाइट प्रक्रिया

प्राकृतिक ग्रेफाइट एनोड सामग्री प्राकृतिक फलेक्स ग्रेफाइट को कच्चे माल के रूप में लेती है, जिसे पीसने, ग्रेडिंग, गोलाकार बनाने, शुद्ध करने, सतह के उपचार और अन्य प्रक्रियाओं के बाद कैथोड सामग्री से तैयार किया जाता है।

कृत्रिम ग्रेफाइट एनोड सामग्री की तैयारी प्रक्रिया

कृत्रिम ग्रेफाइट निर्माण प्रक्रिया को चार चरणों में विभाजित किया जा सकता है, जिसमें दस से अधिक छोटे प्रक्रियाएँ होती हैं, ग्रेन्यूलेशन और ग्रेफाइटाइजेशन कुंजी होती है। कृत्रिम ग्रेफाइट एनोड सामग्री की उत्पादन प्रक्रिया को चार चरणों में विभाजित किया जा सकता है: 1) प्रीट्रीटमेंट 2) ग्रेन्यूलेशन 3) ग्रेफाइटाइजेशन 4) बॉल मिलिंग और स्क्रीनिंग। चार चरणों में, क्रशिंग और स्क्रीनिंग अपेक्षाकृत सरल होते हैं, और ग्रेन्यूलेशन और ग्रेफाइटाइजेशन वह दो लिंक हैं जो एनोड उद्योग की तकनीकी बाधा और उत्पादन स्तर को दर्शाते हैं।

उत्पादन प्रक्रिया के विशिष्ट रूप से, सबसे पहले, कोक और संवाहक कणों, कार्बन नैनोट्यूब, कार्बन ब्लैक, एसीटिलीन ब्लैक में से एक या अधिक को एक साथ मिलाया जाता है, और फिर मिश्रित सामग्री और कार्बन को एक बार साइनट किया जाता है और कोट किया जाता है, और तैयार कणों को ग्रेफाइट किया जाता है। ग्रेफाइटेड सामग्रियों और रेजिन सामग्रियों का द्वितीयक कोटिंग के लिए; ठोस कणों को सॉल्वेंट से अलग करने के लिए सॉल्वेंट, सेंट्रीफ्यूजेशन, प्रीसिपिटेशन और अन्य विधियों के साथ सतह का उपचार; और फिर कार्बनाइजेशन, 5-20um कणों को प्राप्त करने के लिए, उच्च दर के कार्बन एनोड सामग्री को प्राप्त करना। इस विधि में, कणों को मिलाकर और उनके साथ काम करके, कणों को दो बार कोट किया जाता है ताकि सामग्री के आंतरिक शेल को भरा जा सके, ताकि सामग्री की आंतरिक संरचना स्थिर हो सके, जिससे कार्बन एनोड सामग्री के उच्च दर के प्रदर्शन, उच्च दबाव संकुचन, उच्च विशिष्ट क्षमता आदि के फायदे हों।

（1）प्राकृतिक प्रक्रिया

ग्रेफाइट कच्चा माल (नीडल कोक या पेट्रोलियम कोक) को बाइंडर के साथ मिलाया जाता है और वायु मिलिंग (क्रशिंग) के लिए तैयार किया जाता है। विभिन्न उत्पादों के अनुसार, ग्रेफाइट कच्चा माल और चिपचिपा पदार्थ (ग्रेफाइटाइजेशन) को विभिन्न अनुपातों के अनुसार मिलाया जाता है, मिलाने का अनुपात 100 :(5~20) होता है, सामग्री को वैक्यूम फीडिंग मशीन के माध्यम से हॉपर में डाला जाता है, और फिर हॉपर से वायु प्रवाह मिल में वायु पीसने के लिए भेजा जाता है, कच्चे और सहायक सामग्रियों को 5-10 मिमी व्यास से 5-10 माइक्रोन तक पीसा जाता है। वायु पीसने के बाद, आवश्यक कण आकार की सामग्रियों को एक साइक्लोन डस्ट कलेक्टर का उपयोग करके एकत्र किया जाता है, धूल संग्रहण की दर लगभग 80% होती है, हमें गंदगी कलेक्ट करने वाली गैस को फ़िल्टर कोर फ़िल्टर द्वारा फ़िल्टर किया जाता है और छोड़ दिया जाता है, धूल निकालने की दक्षता 99% से अधिक होती है। फ़िल्टर तत्व का सामग्री 0.2 माइक्रोन से कम छिद्रों वाला फ़िल्टर कपड़ा होता है, जो 0.2 माइक्रोन से ऊपर की सभी धूल को रोक सकता है। पंखा नियंत्रण प्रणाली नकारात्मक दबाव स्थिति में होती है।

अंतर: पूर्व-उपचार चक्की को यांत्रिक चक्की और जेट चक्की में विभाजित किया गया है, अब मुख्यधारा जेट चक्की है। चिपकाने वालों के अधिक प्रकार हैं, जैसे पेट्रोलियम एस्फाल्ट, कोयला एस्फाल्ट, फिनोलिक रेजिन या एपॉक्सी रेजिन।

（2）ग्रेनुलेशन/द्वितीयक ग्रेनुलेशन

ग्रेनुलेशन कृत्रिम ग्रेफाइट प्रोसेसिंग में एक प्रमुख कदम है। ग्रेनुलेशन को पायरोलिसिस प्रक्रिया और गेंद मिल प्रक्रिया में विभाजित किया गया है।

पायरोलिसिस प्रक्रिया: मध्यवर्ती पदार्थ 1 को प्रतिक्रिया रिएक्टर में डाला जाता है और निष्क्रिय गैस वातावरण में एक निश्चित तापमान वक्र के अनुसार विद्युत रूप से गर्म किया जाता है और एक निश्चित दबाव में रखा जाता है। इसे 200-300 पर 1-3 घंटे तक हिलाया जाता है और फिर 400-500 तक गर्म किया जाता है ताकि 10-20 मिमी के कण आकार वाली सामग्री प्राप्त हो सके। सामग्री को ठंडा करके डिस्चार्ज किया जाता है, जिसे मध्यवर्ती पदार्थ 2 कहते हैं। बॉल मिल और छलनी का श्रम विभाजन: वैक्यूम फीडिंग, यांत्रिक बॉल पीसने के लिए मध्यवर्ती पदार्थ 2 को बॉल मिल में पहुंचाना, 10~20 मिमी पदार्थ को 6~10 माइक्रोन कण आकार की सामग्री में पीसना, और मध्यवर्ती पदार्थ 3 प्राप्त करने के लिए स्क्रीनिंग करना। स्क्रीन पर मौजूद पदार्थ को बॉल पीसने के लिए वैक्यूम पाइप द्वारा बॉल मिल में वापस ले जाया जाता है।

ग्रेफाइट कणों का आकार, वितरण और आकार अणु सामग्री के कई गुणों को प्रभावित करते हैं। आमतौर पर, कण का आकार जितना छोटा होगा, दर प्रदर्शन और चक्र जीवन उतना ही बेहतर होगा, लेकिन पहली कुशलता और संकुचन घनत्व (जो मात्रा ऊर्जा घनत्व और विशिष्ट क्षमता को प्रभावित करता है) खराब होते हैं, और इसके विपरीत। उचित कण आकार वितरण (बड़े कणों को छोटे कणों के साथ मिलाना, बाद की प्रक्रिया) नकारात्मक इलेक्ट्रोड की विशिष्ट क्षमता को बढ़ा सकता है।कण का आकार भी दर और निम्न तापमान के प्रदर्शन पर बड़ा प्रभाव डालता है।

द्वितीयक ग्रेनुलेशन: छोटे कणों की बड़ी विशिष्ट सतह क्षेत्र होती है, लिथियम आयन माइग्रेशन के लिए अधिक चैनल और छोटे रास्ते होते हैं, अच्छी दर प्रदर्शन होती है, और बड़े कणों का उच्च संकुचन घनत्व और बड़ी क्षमता होती है। बड़े और छोटे कणों के लाभों पर विचार करते हुए, और एक साथ उच्च क्षमता और उच्च दर प्राप्त करना कैसे है? उत्तर द्वितीयक ग्रेनुलेशन करना है।छोटे दाने वाले पेट्रोलियम कोक और सुई कोक जैसी आधार सामग्री का उपयोग करते हुए, कोटिंग सामग्री और योजकों को जोड़कर, उच्च तापमान उत्तेजना की स्थिति में, सामग्री अनुपात, तापमान वृद्धि वक्र और उत्तेजना गति को नियंत्रित करके, छोटे दाने वाली आधार सामग्री को दो बार ग्रेनुलेट किया जा सकता है, और बड़ा दाने वाला उत्पाद प्राप्त किया जा सकता है। समान कण आकार वाले उत्पाद, द्वितीयक ग्रेनुलेशन प्रभावी रूप से सामग्री की तरल संरक्षण प्रदर्शन को सुधार सकता है और सामग्री का विस्तार गुणांक कम कर सकता है (छोटे कणों और छोटे कणों के बीच उभरे हुए छिद्र होते हैं), लिथियम आयनों के विस्तार पथ को छोटा कर सकता है, दर प्रदर्शन को सुधार सकता है, बल्कि सामग्री के उच्च और निम्न तापमान के प्रदर्शन और चक्र प्रदर्शन को भी सुधार सकता है।

अंतर: द्वितीयक ग्रेनुलेशन प्रक्रिया में उच्च अवरोध हैं, कोटिंग सामग्री और योजकों के कई प्रकार हैं, और असमान कोटिंग या कोटिंग का गिरना, या खराब कोटिंग प्रभाव जैसी समस्याओं का सामना करना पड़ता है। यह उच्च अंत कृत्रिम ग्रेफाइट के लिए एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है।

（3）ग्रेफिटाइजेशन
ग्रेफिटाइजेशन थर्मोडायनेमिक रूप से अस्थिर कार्बन परमाणुओं के व्यवस्थित परिवर्तन की प्रक्रिया है, जिसमें अराजक परत संरचना से ग्रेफाइट क्रिस्टल संरचना में थर्मल सक्रियता के माध्यम से बदलाव होता है। इसलिए, ग्रेफिटाइजेशन प्रक्रिया में ऊँची तापमान पर गर्म उपचार (HTT) का उपयोग किया जाता है ताकि परमाण्विक पुनर्व्यवस्था और संरचनात्मक परिवर्तन के लिए ऊर्जा प्रदान की जा सके। रिफ्रेक्टरी कार्बन सामग्रियों के ग्रेफिटाइजेशन डिग्री को सुधारने के लिए, उत्प्रेरक भी जोड़े जा सकते हैं।

बेहतर ग्रेफिटाइजेशन प्रभाव प्राप्त करने के लिए तीन पहलुओं पर कार्य करना आवश्यक है: 1. प्रतिरोध सामग्रियों और सामग्रियों को भट्टी में लोड करने की विधि को समझें (क्षैतिज लोडिंग, ऊर्ध्वाधर लोडिंग, विस्थापन और मिश्रित लोडिंग, आदि), और प्रतिरोध सामग्रियों के विभिन्न प्रदर्शन के अनुसार सामग्रियों के बीच की दूरी को समायोजित कर सकते हैं; 2. ग्रेफिटाइजेशन भट्टी की विभिन्न क्षमता और उत्पाद विनिर्देशों के अनुसार, ग्रेफिटाइजेशन की प्रक्रिया में वृद्धि और गिरावट की गति को नियंत्रित करने के लिए विभिन्न शक्ति वक्रों का उपयोग किया जाता है; 3. विशिष्ट परिस्थितियों में, सामग्रियों में उत्प्रेरक जोड़ें, ग्रेफिटाइजेशन की डिग्री को बढ़ाएँ, अर्थात् "उत्प्रेरक ग्रेफिटाइजेशन"।

अंतर: विभिन्न गुणवत्ता वाले कृत्रिम ग्रेफाइट के अलग-अलग तापमान और ठंडा होने की दरें, धारण समय, उत्प्रेरक, आदि होते हैं। यह अपेक्षित है कि उपयोग की जाने वाली ग्रेफिटाइजेशन भट्टियों के प्रकार भिन्न होते हैं, जिससे प्रदर्शन और लागत में अपेक्षाकृत बड़ा अंतर होता है। ग्रेफिटाइजेशन को फ्रंट-एंड और बैक-एंड प्रक्रियाओं से अलग किया जाता है, विशेषकर हीटिंग और कूलिंग प्रक्रिया, जो मूल रूप से प्रोग्राम की गई होती है, लेकिन ग्रेफिटाइजेशन का समय लंबा होता है और उपकरण में बड़ा निवेश होता है, इसलिए अधिक आउटसोर्सिंग प्रक्रियाएँ की आवश्यकता होती है, और तकनीकी रिसाव का कोई जोखिम नहीं होता है।
लेपित कार्बनीकरण: लेपित कार्बनीकरण में ग्रेफाइट जैसी कार्बन सामग्री को "कोर" के रूप में उपयोग किया जाता है, और इसकी सतह पर एक समान अनाकार कार्बन सामग्री की एक परत को कोट किया जाता है, जिससे "कोर-शेल" संरचना के समान कण बनते हैं। आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले अनाकार कार्बन पदार्थों के अग्रदूतों में फेनोलिक राल, पिच और साइट्रिक एसिड जैसे कम तापमान वाले पायरोलिसिस कार्बन पदार्थ शामिल हैं। अनाकार कार्बन पदार्थों की इंटरलेयर स्पेसिंग ग्रेफाइट की तुलना में बड़ी होती है, जो इसमें लिथियम आयनों के प्रसार प्रदर्शन को बेहतर बना सकती है। SEI फिल्म, पहले प्रभाव, चक्र जीवन आदि में सुधार करती है।

अंतर: विभिन्न निर्माताएँ विभिन्न पूर्ववर्ती और विभिन्न हीटिंग प्रक्रियाएँ चुनती हैं, जिससे कोटिंग परत की मोटाई और समानता भी भिन्न होती है, इसलिए उत्पाद की लागत और प्रदर्शन भी भिन्न होगा।

(4) छानना/डोपिंग
ग्रेफिटाइजेशन सामग्रियों को वैक्यूम द्वारा बॉल मिल में भेजा जाता है, और फिर भौतिक मिश्रण और बॉल मिलिंग की जाती है। इन्हें 270-मेेश अणु छाननी के साथ छाना जाता है, और जो सामग्री छाननी के नीचे होती है उसकी जांच, माप, पैकिंग और भंडारण किया जाता है। जो सामग्री छाननी पर होती है उसे और बॉल मिल किया जाता है ताकि कण आकार की आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके और फिर छाना जाता है।

डोपिंग संशोधन। डोपिंग संशोधन विधि अधिक लचीली होती है और डोपिंग तत्व विविध होते हैं। वर्तमान में, शोधकर्ता इस विधि पर सक्रिय रूप से शोध कर रहे हैं। ग्रेफाइट में गैर-कार्बन तत्वों का डोपिंग ग्रेफाइट की इलेक्ट्रॉनिक स्थिति को बदल सकता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करना आसान हो जाता है, और इस प्रकार लिथियम आयनों के इंटरकलेशन को और बढ़ा देता है। उदाहरण के लिए, ग्रेफाइट सतह पर फास्फोरस और बोरॉन परमाणुओं का सफल डोपिंग और उनके साथ रासायनिक बंधन का गठन एक घनत्व SEI फिल्म बनाने में मदद करता है, जिसने ग्रेफाइट के चक्र जीवन और दर प्रदर्शन में प्रभावी रूप से सुधार किया है। ग्रेफाइट सामग्री में विभिन्न तत्वों का डोपिंग इसके इलेक्ट्रोकैमिकल प्रदर्शन पर विभिन्न अनुकूलन प्रभाव डालता है। जिनमें से, लिथियम को स्टोर करने की क्षमता वाले तत्व (Si, Sn) की जोड़ने से ग्रेफाइट अनोड सामग्रियों की विशिष्ट क्षमता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है।