Classificazione dei Materiali Anodici e Processo di Produzione

2025-04-04

I materiali anodicisono principalmente suddivisi in due categorie: materiali carboniosi e materiali non carboniosi. Il carbonio si riferisce a sistemi a base di carbonio, comprendenti principalmente microsfere mesocarboniose, grafite artificiale, grafite naturale e carbonio duro. Attualmente, i materiali carboniosNcitrutini a base di grafite sono i più utilizzati, tra cui la grafite artificiale e la grafite naturale hanno applicazioni industriali su larga scala. I materiali non carboniosi comprendono principalmente materiali a base di silicio, materiali a base di stagno, titanio di litio, ecc. Tra di essi, i materiali anodici a base di silicio sono i principali oggetti di ricerca dei principali produttori di materiali anodici attualmente e sono uno dei nuovi materiali anodici più probabilmente applicabili su larga scala in futuro.

Elaborazione della Grafite Naturale

Il materiale anodico in grafite naturale è grafite a scaglie naturali come materia prima, dopomacinazione, classificazione, sferonizzazione,purificazione, trattamento superficiale e altri processi preparati dal materiale catodico.

Processo di Preparazione del Materiale Anodico in Grafite Artificiale

Il processo di produzione di grafite artificiale può essere suddiviso in quattro fasi, più di dieci piccole procedure, la granizzazione e la grafitizzazione sono fondamentali.

Il processo di produzione del materiale anodico di grafite artificiale può essere suddiviso in quattro fasi:

1) pretrattamento

2) granizzazione

3) grafitizzazione

4) macinazione e setacciatura.

Tra le quattro fasi, la frantumazione e la setacciatura sono relativamente semplici, mentre la granizzazione e la grafitizzazione sono i due collegamenti che riflettono la soglia tecnica e il livello di produzione dell'industria anodica.

Specificamente per il processo di produzione, in primo luogo, uno o più dei pezzi di coke e delle particelle conduttive, nanotubi di carbonio, nerofumo, nerofumo acetilenico vengono pre-miscelati, e poi il materiale miscelato e il carbonio vengono sinterizzati e rivestiti una volta, e le particelle preparate vengono grafitizzate. Materiali grafitizzati e materiali resinici per il rivestimento secondario; Trattamento superficiale con solvente, centrifugazione, precipitazione e altri metodi per separare le particelle solide dal solvente e poi carbonizzazione, particelle da 5 a 20 um, per ottenere un materiale anodico in carbonio ad alta capacità. Con questo metodo, mescolando e fabbricando particelle, le particelle vengono rivestite due volte per riempire il guscio interno del materiale, in modo che la struttura interna del materiale sia stabile, consentendo al materiale anodico di carbonio di avere i vantaggi di elevate prestazioni alle alte velocità, alta compattezza a pressione, elevata capacità specifica e così via.

(1) Preprocessing

Il materiale di grafite (coke a aghi o coke petrolifero) viene miscelato con un legante per la macinazione ad aria (frantumazione). A seconda dei diversi prodotti, i materiali di grafite e l'adesivo (grafitizzazione) secondo proporzioni diverse, il rapporto di miscelazione è 100 :(5~20), il materiale passa attraverso la macchina di alimentazione a vuoto nell'imbuto, e poi dall'imbuto nel mulino ad aria per la macinazione ad aria, macinando materiali grezzi e ausiliari di diametro 5~10 mm fino a 5-10 micron. Dopo la macinazione ad aria, viene utilizzato un separatore a ciclone per raccogliere i materiali di dimensione particellare richiesta, il tasso di raccolta della polvere è di circa l'80%, il gas di scarico viene filtrato dal filtro a nucleo e scaricato, l'efficienza di rimozione della polvere è superiore al 99%. Il materiale dell'elemento filtrante è il tessuto filtrante con pori inferiori a 0,2 micron, che può intrappolare tutta la polvere sopra 0,2 micron. Il sistema di controllo della ventola si trova in stato di pressione negativa.

Differenza: Il mulino di pretrattamento è diviso in mulino meccanico e mulino a getto, ora il mainstream è il mulino a getto. Ci sono più tipi di adesivi, come asfalto petrolifero, asfalto di carbone, resina fenolica o resina epossidica.

(2) Granizzazione/Granizzazione secondaria

La granizzazione è un passaggio chiave nel processo di grafite artificiale. La granizzazione è suddivisa in processo di pirolisi e processo di macinazione.

Processo di pirolisi: il materiale intermedio 1 viene inserito nel reattore di reazione e riscaldato elettricamente secondo una certa curva di temperatura in atmosfera di gas inerte e sotto una certa pressione. Viene mescolato a 200-300 °C per 1-3 ore e poi riscaldato a 400-500 °C per ottenere un materiale con dimensioni delle particelle di 10-20 mm. Il materiale viene raffreddato e scaricato, ossia il materiale intermedio.

2. Divisione del lavoro tra molino a sfere e setaccio: alimentazione a vuoto, trasporto del materiale intermedio 2 al molino a sfere per macinazione meccanica, macinazione di materiale da 10 a 20 mm in materiale di dimensione particellare da 6 a 10 micron e screening per ottenere materiale intermedio.

3. Il materiale sul setaccio viene trasportato nuovamente al molino a sfere tramite tubo a vuoto per la macinazione a sfere.

Le dimensioni, la distribuzione e la morfologia delle particelle di grafite influenzano molte proprietà dei materiali anodici. In generale, più piccola è la dimensione delle particelle, migliore è la prestazione in termini di velocità e vita ciclica, ma la prima efficienza e la densità di compattazione (che influenzano la densità di energia volumetrica e la capacità specifica) sono peggiori, e viceversa. Una distribuzione delle dimensioni delle particelle ragionevole (miscelare particelle grandi con piccole, processo successivo) può migliorare la capacità specifica dell'elettrodo negativo. La morfologia delle particelle ha anche una grande influenza sulle prestazioni in termini di velocità e a basse temperature.

Granulazione secondaria: le particelle piccole hanno una grande superficie specifica, più canali e percorsi più brevi per la migrazione degli ioni di litio, buona prestazione in termini di velocità, e le particelle grandi hanno alta densità di compattazione e grande capacità. Come tenere in considerazione i vantaggi delle particelle grandi e piccole e ottenere alta capacità e alta velocità allo stesso tempo? La risposta è effettuare la granulazione secondaria. Utilizzando materiali di base come coke di petrolio a grana fine e coke a forchetta, aggiungendo materiali di rivestimento e additivi, in condizione di agitazione ad alta temperatura, controllando il rapporto dei materiali, la curva di aumento della temperatura e la velocità di agitazione, il materiale di base a grano fine può essere granulato due volte e si può ottenere un prodotto con dimensioni di grano più grandi. Rispetto al prodotto della stessa dimensione delle particelle, la granulazione secondaria può migliorare efficacemente le prestazioni di ritenzione del liquido del materiale e ridurre il coefficiente di espansione del materiale (ci sono fori concavi tra particelle piccole e piccole), accorciare il percorso di diffusione degli ioni di litio, migliorare le prestazioni in termini di velocità, ma anche migliorare le prestazioni a alte e basse temperature e le prestazioni cicliche del materiale.

Differenze: Il processo di granulazione secondaria ha alte barriere, molti tipi di materiali di rivestimento e additivi, ed è incline a problemi come rivestimento non uniforme o distacco del rivestimento, o cattivo effetto di rivestimento, ecc. È un processo importante per il grafite artificiale di alta gamma.

(3) La grafitizzazione

Grafitizzazione è la trasformazione ordinata di atomi di carbonio termodinamicamente instabili da una struttura a strati caotica a una struttura cristallina di grafite tramite attivazione termica. Pertanto, il trattamento termico ad alta temperatura (HTT) viene utilizzato nel processo di grafitizzazione per fornire energia per il riordino atomico e la trasformazione strutturale. Per migliorare il grado di grafitizzazione dei materiali di carbonio refrattari, è possibile aggiungere anche catalizzatori.

Per ottenere un migliore effetto di grafitizzazione, è necessario lavorare su tre aspetti:

1. Padroneggiare il metodo di carico dei materiali resistenti e dei materiali nel forno (carico orizzontale, carico verticale, dislocazione e carico misto, ecc.), e poter regolare la distanza tra i materiali secondo le diverse prestazioni dei materiali resistenti;

2. secondo le diverse capacità e specifiche del prodotto del forno di grafitizzazione, vengono utilizzate curve di potenza diverse per controllare il tasso di aumento e diminuzione nel processo di grafitizzazione;

3, in circostanze specifiche, negli ingredienti è necessario aggiungere un catalizzatore, migliorando il grado di grafitizzazione, ovvero, “grafitizzazione catalitica”.

Differenze: Diverse qualità di grafite artificiale hanno diverse velocità di riscaldamento e raffreddamento, tempi di attesa, catalizzatori, ecc. Si prevede che i tipi di forni di grafitizzazione utilizzati siano diversi, risultando in differenze relativamente grandi nelle prestazioni e nei costi. La grafitizzazione separata dai processi front-end e back-end, specialmente il processo di riscaldamento e raffreddamento, è sostanzialmente programmata, ma il tempo di grafitizzazione è lungo e l'investimento in attrezzature è elevato, quindi è necessario un maggiore outsourcing, senza rischio di fuga di tecnologia.

(4) Carbonizzazione Coated

Carbonizzazione coated : La carbonizzazione coated utilizza un materiale carbonioso simile alla grafite come “nucleo” e riveste uno strato di materiale carbonioso amorfo uniforme sulla sua superficie per formare particelle simili a una struttura “nucleo-scatola”. I precursori dei materiali in carbonio amorfo comunemente usati includono materiali in carbonio da pirolisi a bassa temperatura come resina fenolica, catrame e acido citrico. Lo spazio interstrato dei materiali in carbonio amorfo è maggiore di quello della grafite, il che può migliorare le prestazioni di diffusione degli ioni di litio in esso. Film SEI, migliorare il primo effetto, vita ciclica, ecc.

Differenze: I diversi produttori scelgono precursori diversi e diverse procedure di riscaldamento, in modo che anche lo spessore e l'uniformità dello strato di rivestimento siano diversi, quindi i costi e le prestazioni del prodotto saranno anche diversi.

(5) Screening/Doping

I materiali grafitizzati vengono trasportati al mulino a sfere mediante vuoto, e poi subiscono miscelazione fisica e macinazione. Vengono setacciati con un setaccio molecolare da 270 maglie, e il materiale sotto il setaccio viene ispezionato, misurato, confezionato e immagazzinato. Il materiale sul setaccio viene ulteriormente macinato per soddisfare i requisiti di dimensione delle particelle e poi setacciato.

Doping modificazione: Il metodo di modifica doping è più flessibile e gli elementi di doping sono diversi. Attualmente, i ricercatori stanno attivamente studiando questo metodo. Doping elementi non carboniosi nella grafite può cambiare lo stato elettronico della grafite, rendendo più facile ottenere elettroni, aumentando ulteriormente l'intercalazione degli ioni di litio. Ad esempio, il doping riuscito di atomi di fosforo e boro sulla superficie della grafite e la formazione di legami chimici con essi aiutano a formare un denso film SEI, che ha migliorato efficacemente la vita ciclica e le prestazioni di velocità della grafite. Doping diversi elementi nel materiale grafitico ha diversi effetti di ottimizzazione sulle sue prestazioni elettrochimiche. Tra questi, l'aggiunta di elementi (Si, Sn) che hanno anche la capacità di immagazzinare litio può migliorare significativamente la capacità specifica dei materiali anodici in grafite.