एनोड सामग्री वर्गीकरण और उत्पादन प्रक्रिया

एनोड सामग्रीमुख्य रूप से दो श्रेणियों में विभाजित होती है: कार्बन सामग्री और गैर-कार्बन सामग्री। कार्बन का तात्पर्य कार्बन-आधारित प्रणालियों से है, जिनमें मुख्य रूप से मेसोकार्बन माइक्रोस्फियर, कृत्रिम ग्रेफाइट, प्राकृतिक ग्रेफाइट और हार्ड कार्बन शामिल हैं। वर्तमान में, सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली कार्बन सामग्री ग्रेफाइट एनोड सामग्री है, जिसमें कृत्रिम ग्रेफाइट और प्राकृतिक ग्रेफाइट का बड़े पैमाने पर औद्योगिक अनुप्रयोग हैं। गैर-कार्बन सामग्री मुख्य रूप से सिलिकॉन-आधारित सामग्री, टिन-आधारित सामग्री, लिथियम टाइटनेट आदि को शामिल करती है। इनमें से, सिलिकॉन-आधारित एनोड सामग्री वर्तमान में प्रमुख एनोड सामग्री निर्माताओं के मुख्य शोध वस्तु हैं, और भविष्य में बड़े पैमाने पर लागू होने की सबसे अधिक संभावना वाली नई एनोड सामग्रियों में से एक हैं।

प्राकृतिक ग्रेफाइट प्रसंस्करण

प्राकृतिक ग्रेफाइट एनोड सामग्री प्राकृतिक चिप ग्रेफाइट के कच्चे माल के रूप में होती है, जिसेपीसने, ग्रेडिंग, गोलाकार बनाने,शुद्धिकरण, सतह उपचार और अन्य प्रक्रियाओं के माध्यम से कैथोड सामग्री से तैयार किया जाता है।

कृत्रिम ग्रेफाइट एनोड सामग्री की तैयारी प्रक्रिया

Artificial graphite manufacturing process can be divided into four steps, more than ten small procedures, granulation and graphitization is the key. 

कृत्रिम ग्रेफाइट एनोड सामग्री के उत्पादन प्रक्रिया को चार चरणों में विभाजित किया जा सकता है:

1) पूर्व-प्रसंस्करण

2) ग्रेन्यूलेशन

3) ग्रेफिटाइजेशन

4) बॉल मिलिंग और स्क्रीनिंग।

 Among the four steps, crushing and screening are relatively simple, and granulation and graphitization are the two links that reflect the technical threshold and production level of the anode industry.

Specific to the production process, firstly, one or more of the coke and conductive particles, carbon nanotubes, carbon black, acetylene black are premixed, and then the mixed material and carbon are sintered and coated once, and the prepared particles are graphitized. Graphitized materials and resin materials for secondary coating; Surface treatment with solvent, centrifugation, precipitation and other methods to separate solid particles from the solvent, and then carbonization, 5-20um particles, to obtain a high rate of carbon anode material. In this method, by mixing and fabricating particles, the particles are coated twice to fill the inner shell of the material, so that the internal structure of the material is stable, so that the carbon anode material has the advantages of high rate performance, high pressure compaction, high specific capacity and so on.

(1) पूर्व-प्रसंस्करण

Graphite raw material (needle coke or petroleum coke) is mixed with binder for air milling (crushing).According to the different products, the graphite raw materials and adhesive (graphitization) according to different proportions, the mixing ratio is 100 :(5~20), the material through the vacuum feeding machine into the hopper, and then the hopper into the air flow mill for air पीसने, पीसने 5~10mm diameter of the raw and auxiliary materials to 5-10 microns. After air पीसने, cyclone dust collector is used to collect the required particle size materials, the dust collection rate is about 80%, the tail gas is filtered by the filter core filter and discharged, the dust removal efficiency is more than 99%. The material of the filter element is the filter cloth with pores less than 0.2 micron, which can intercept all the dust above 0.2 micron. The fan control system is in negative pressure state.

अंतर: pretreatment mill is divided into mechanical mill and jet mill, now the mainstream is jet mill. There are more kinds of adhesives, such as petroleum asphalt, coal asphalt, phenolic resin or epoxy resin.

(2) ग्रैन्यूलेशन/द्वितीय ग्रैन्यूलेशन

ग्रैन्यूलेशन is a key step in artificial graphite processing. ग्रैन्यूलेशन is divided into pyrolysis process and ball milling process.

पायरोलिसिस प्रक्रिया: the intermediate material 1 is put into the reaction reactor and electrically heated according to a certain temperature curve in inert gas atmosphere and under a certain pressure. It is stirred at 200-300 ℃ for 1-3h and then heated to 400-500℃ to obtain the material with a particle size of 10-20mm. The material is cooled and discharged, namely the intermediate material

2. Ball mill and sieve division of labor: vacuum feeding, conveying intermediate material 2 to the ball mill for mechanical ball पीसने, पीसने 10~20mm material into 6~10 micron particle size material, and screening to get intermediate material

3. The material on the screen is transported back to the ball mill by vacuum pipe for ball पीसने.

The size, distribution and morphology of graphite particles affect many properties of anode materials. In general, the smaller the particle size, the better the rate performance and cycle life, but the first efficiency and compaction density (affecting the volume energy density and specific capacity) are worse, and vice versa. Reasonable particle size distribution (mixing large particles with small particles, later process) can improve the specific capacity of the negative electrode. The particle morphology also has a great influence on the rate and low temperature performance.

द्वितीय ग्रैन्यूलेशन: small particles have large specific surface area, more channels and shorter paths for lithium ion migration, good rate performance, and large particles have high compaction density and large capacity. How to take into account the advantages of large and small particles, and achieve high capacity and high rate at the same time? The answer is to take secondary granulation. Using the base material such as small grain petroleum coke and needle coke, by adding coating materials and additives, under the condition of high temperature agitation, by controlling the material proportion, temperature rise curve and agitation speed, the small grain base material can be granulated twice, and the product with larger grain size can be obtained. Compared with the product of the same particle size, the secondary granulation can effectively improve the liquid retention performance of the material and reduce the expansion coefficient of the material (there are concave holes between small particles and small particles), shorten the diffusion path of lithium ions, improve the rate performance, but also improve the high and low temperature performance and cycling performance of the material.

अंतर: The secondary granulation process has high barriers, many types of coating materials and additives, and is prone to problems such as uneven coating or coating shedding, or poor coating effect, etc. It is an important process for high-end artificial graphite.

(3) ग्रेफिटिज़ेशन

ग्रेफिटाइजेशन is the orderly transformation of thermodynamically unstable carbon atoms from chaotic layer structure to graphite crystal structure by thermal activation. Therefore, high temperature heat treatment (HTT) is used in the graphitization process to provide energy for atomic rearrangement and structural transformation. In order to improve the graphitization degree of refractory carbon materials, catalysts can also be added.

बेहतर ग्रेफिटिज़ेशन प्रभाव प्राप्त करने के लिए, तीन पहलुओं पर ध्यान देना आवश्यक है:

1. भविष्ट सामग्रियों और रेज़िटेंस सामग्रियों को भट्टी में लोड करने के तरीके को समझें (क्षैतिज लोडिंग, ऊर्ध्वाधर लोडिंग, विस्थापन और मिश्रित लोडिंग आदि), और रेज़िटेंस सामग्रियों के विभिन्न प्रदर्शन के अनुसार सामग्रियों के बीच की दूरी को समायोजित कर सकें;

2. according to the different capacity and product specifications of the graphitization furnace, different power curve is used to control the rate of rise and fall in the process of graphitization;

3, in specific circumstances, in the ingredients to add catalyst, improve the degree of graphitization, that is, “catalytic graphitization”.

अंतर: Different qualities of artificial graphite have different heating and cooling rates, holding time, catalysts, etc. It is expected that the types of graphitization furnaces used are different, resulting in relatively large differences in performance and cost. ग्रेफिटाइजेशन separated from the front-end and back-end processes, especially the heating and cooling process, is basically programmed, but the graphitization time is long and the equipment investment is large, so more outsourced processing is required, and there is no risk of technology leakage.

(4) कोटेड कार्बनाइजेशन

कोटेड कार्बनाइजेशन: कोटेड कार्बनाइजेशन uses a graphite-like carbon material as a “core”, and coats a layer of uniform amorphous carbon material on its surface to form particles similar to a “core-shell” structure. The precursors of commonly used amorphous carbon materials include low-temperature pyrolysis carbon materials such as phenolic resin, pitch, and citric acid. The interlayer spacing of amorphous carbon materials is larger than that of graphite, which can improve the diffusion performance of lithium ions in it. SEI film, improve the first effect, cycle life, etc.

अंतर: Different manufacturers choose different precursors and different heating procedures, so that the thickness and uniformity of the coating layer are also different, so the product cost and performance will also be different.

(5) 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 सक्रियता से अनुसंधान कर रहे हैं। ग्रेफाइट में गैर-कार्बन तत्वों को डोप करने से ग्रेफाइट की इलेक्ट्रॉनिक स्थिति में परिवर्तन हो सकता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त करना आसान हो जाता है, जिससे लिथियम आयनों के अंतःस्थापन में और वृद्धि होती है। उदाहरण के लिए, ग्रेफाइट सतह पर फास्फोरस और बोरॉन परमाणुओं का सफल डोपिंग और उनके साथ रासायनिक बंधनों का निर्माण एक घनिष्ट 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 डोप किया जाना उसकी इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन पर विभिन्न अनुकूलन प्रभाव डालता है। इनमें, ऐसे तत्वों (Si, Sn) का जोड़ना जो लिथियम को संग्रहित करने की क्षमता रखते हैं, ग्रेफाइट एनोड सामग्रियों की विशिष्ट क्षमता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है।