Anodemateriaal classificeren en productieproces

2025-04-04

Anodematerialenzijn voornamelijk onderverdeeld in twee categorieën: koolstofmaterialen en niet-koolstofmaterialen. Koolstof verwijst naar koolstofgebaseerde systemen, waaronder voornamelijk mesokoolstof microsferen, kunstmatig grafiet, natuurlijk grafiet en hard koolstof. Momenteel zijn de meest gebruikte koolstofmaterialen grafiet anodematerialen, waarvan kunstmatig grafiet en natuurlijk grafiet grootschalige industriële toepassingen hebben. Niet-koolstofmaterialen omvatten voornamelijk siliciumgebaseerde materialen, tin-gebaseerde materialen, lithiumtitaat, enz. Onder hen zijn siliciumgebaseerde anodematerialen de belangrijkste onderzoeksobjecten van grote anodemateriaal fabrikanten momenteel, en zijn ze een van de nieuwe anodematerialen die in de toekomst het meest waarschijnlijk op grote schaal kunnen worden toegepast.

Verwerking van Natuurlijk Grafiet

Natuurlijk grafiet anodemateriaal is natuurlijk vlokgrafiet als grondstof, navermalen, classificeren, sferonisatie,zuivering, oppervlaktebehandeling en andere processen voorbereid uit het kathodemateriaal.

Voorbereidingsproces van Kunstmatig Grafiet Anodemateriaal

Het productieproces van kunstmatig grafiet kan worden verdeeld in vier stappen, meer dan tien kleine procedures; granulatie en grafitizatie zijn de sleutel.

Het productieproces van kunstmatig grafiet anodemateriaal kan worden verdeeld in vier stappen:

1) voorbehandeling

2) granulatie

3) grafitizatie

4) balfrezen en zeven.

Onder de vier stappen zijn malen en zeven relatief eenvoudig, en granulatie en grafitizatie zijn de twee schakels die de technische drempel en het productie-niveau van de anode-industrie weerspiegelen.

Specifiek voor het productieproces worden eerst een of meer van de kooks en geleiderdeeltjes, koolstofnanobuisjes, kool zwart, acetyleen zwart gemengd, en vervolgens worden het gemengde materiaal en koolstof eenmaal gesinterd en gecoat, en worden de bereide deeltjes gegraphtiseerd. Gegraphtiseerde materialen en harsmaterialen voor secundaire coating; Oppervlaktebehandeling met oplosmiddel, centrifugeren, neerslaan en andere methoden om vaste deeltjes van het oplosmiddel te scheiden, en vervolgens koolvorming, 5-20um deeltjes, om een ​​hoogwaardige kool anodemateriaal te verkrijgen. In deze methode worden de deeltjes gemengd en vervaardigd; de deeltjes worden tweemaal gecoat om de binnenste schil van het materiaal te vullen, zodat de interne structuur van het materiaal stabiel is, zodat het kool anodemateriaal de voordelen heeft van hoge snelheidsprestaties, hoge drukcompactie, hoge specifieke capaciteit, enz.

(1) Voorbewerking

Grafietgrondstof (naaldkook of petroleumkook) wordt gemengd met bindmiddel voor luchtvermalen (verpulveren).Afhankelijk van de verschillende producten worden de grafietgrondstoffen en een bindmiddel (grafitizatie) in verschillende verhoudingen gemengd, de mengverhouding is 100 :(5~20), het materiaal gaat door de vacuümvoeder in de hopper, en vervolgens de hopper in de luchtstroming molen voor luchtvermalen, vermalen van 5~10mm diameter van de grondstoffen en hulpstoffen tot 5-10 microns. Na luchtvermalen wordt een cycloonstofafscheider gebruikt om de benodigde deeltjesgrootte materialen te verzamelen, de stofafscheidingsgraad is ongeveer 80%, het uitlaatgas wordt gefilterd door de filterkernfilter en afgevoerd; de stofverwijderingsefficiëntie is meer dan 99%. Het materiaal van het filterelement is de filterdoek met poriën kleiner dan 0,2 micron, die al het stof boven 0,2 micron kan onderscheppen. Het ventilatorsysteem is in negatieve druktoestand.

Verschil: De voorbewerkingsmolen is verdeeld in mechanische molen en jetmolen, de mainstream is nu jetmolen. Er zijn meer soorten bindmiddelen, zoals petroleum-asfalt, steenkool-asfalt, fenolhars of epoxyhars.

(2) Granulatie/ Secundaire Granulatie

Granulatie is een sleutelstap in de verwerking van kunstmatig grafiet. Granulatie is onderverdeeld in pyrolyseproces en balfrezen proces.

Pyrolyseproces: Het tussenmateriaal 1 wordt in de reactiereactor geplaatst en elektrisch verwarmd op basis van een bepaalde temperatuurcurve in een inert gasatmosfeer en onder een bepaalde druk. Het wordt 200-300 ℃ gemengd voor 1-3 uur en vervolgens verwarmd tot 400-500℃ om het materiaal met een deeltjesgrootte van 10-20 mm te verkrijgen. Het materiaal wordt afgekoeld en afgevoerd, namelijk het tussenmateriaal.

2. Bal mill en zeef arbeidverdeling: vacuümvoeding, transport van tussenmateriaal naar de bal mill voor mechanische balmaalmolen, het malen van 10~20mm materiaal tot 6~10 micron deeltjesgrootte materiaal, en zeven om tussenmateriaal te verkrijgen.

3. Het materiaal op het zeef wordt teruggetransporteerd naar de bal mill via een vacuümpijp voor balmaalmolen.

De grootte, verdeling en morfologie van grafietdeeltjes beïnvloeden veel eigenschappen van anodematerialen. Over het algemeen geldt: hoe kleiner de deeltjesgrootte, hoe beter de snelheidsprestatie en levenscyclus, maar de eerste efficiëntie en compaction densiteit (beïnvloeden de volumenergiendichtheid en specifieke capaciteit) zijn slechter en vice versa. Een redelijke deeltjesgrootte verdeling (combineren van grote deeltjes met kleine deeltjes, latere proces) kan de specifieke capaciteit van de negatieve elektrode verbeteren. De deeltjesmorfologie heeft ook een grote invloed op de snelheid en de prestaties bij lage temperatuur.

Secundaire Granulatie: kleine deeltjes hebben een groot specifiek oppervlak, meer kanalen en kortere paden voor lithiumionmigratie, goede snelheidsprestatie, en grote deeltjes hebben een hoge compactiedichtheid en grote capaciteit. Hoe kunnen we rekening houden met de voordelen van grote en kleine deeltjes en tegelijkertijd een hoge capaciteit en hoge snelheid bereiken? Het antwoord is secundaire granulatie. Door gebruik te maken van basismateriaal zoals kleine korrel petroleumcokes en naaldcokes, door coatingmaterialen en additieven toe te voegen, onder voorwaarden van hoge temperatuurroeren, kan door de materiaalverhouding, temperatuurstijgingscurve en roersnelheid te beheersen, het kleine korrel basismateriaal twee keer worden gegranuleerd, en kan het product met een grotere korrelgrootte worden verkregen. In vergelijking met het product van dezelfde deeltjesgrootte, kan secundaire granulatie de vloeistofbehoudprestaties van het materiaal effectief verbeteren en de uitzettingscoëfficiënt van het materiaal verlagen (er zijn holtes tussen kleine deeltjes en kleine deeltjes), wat het diffusiepunt van lithiumionen verkort, de snelheidsprestatie verbetert, maar ook de hoge en lage temperatuurprestaties en cyclusprestaties van het materiaal verbetert.

Verschillen: Het secundaire granulatieproces heeft hoge barrières, veel soorten coatingmaterialen en additieven, en is vatbaar voor problemen zoals ongelijkmatige coating of coatingafbladdering, of slechte coatingeffect, enz. Het is een belangrijk proces voor hoogwaardig kunstmatig grafiet.

(3) Graphitisatie

Graphitisatie is de ordelijke transformatie van thermodynamisch onstabiele koolstofatomen van chaotische laagstructuur naar graficietkristalstructuur door thermische activatie. Daarom wordt hoge temperatuur warmtebehandeling (HTT) gebruikt in het graphitisatieproces om energie te leveren voor atomaire herschikking en structurele transformatie. Om de graphitisatiegraad van vuurvaste koolstofmaterialen te verbeteren, kunnen ook katalysatoren worden toegevoegd.

Om een beter graphitisatie-effect te bereiken, moeten drie aspecten worden aangepakt:

1. Beheers de methode voor het laden van weerstandmaterialen en materialen in de oven (horizontale lading, verticale lading, dislocatie en gemengde lading, enz.), en kan de afstand tussen materialen aanpassen op basis van de verschillende prestaties van weerstandmaterialen;

2. Volgens de verschillende capaciteiten en productspecificaties van de grafitiseringsoven wordt een verschillende krachtcurve gebruikt om de snelheid van stijgen en dalen in het grafitiseringsproces te controleren;

3. In specifieke omstandigheden kan er een katalysator aan de ingrediënten worden toegevoegd om de graad van grafitisering te verbeteren, dat wil zeggen, "catalytische grafitisering".

Verschillen: Verschillende kwaliteiten van kunstmatig grafiet hebben verschillende verwarmings- en koelsnelheden, verblijftijden, katalysatoren, enz. Het wordt verwacht dat de gebruikte soorten grafitiseringsovens verschillend zijn, wat resulteert in relatief grote verschillen in prestaties en kosten. Grafitisering, gescheiden van de voor- en achterliggende processen, vooral het verwarmings- en koelingsproces, is in wezen geprogrammeerd, maar de grafitiseringstijd is lang en de apparatuurinvestering is groot, dus er is meer uitbestede verwerking vereist en er is geen risico op technologie-lek.

(4) Gecoate Carbonisatie

Gecoate carbonisatie : Gecoate carbonisatie gebruikt een grafietachtig koolstofmateriaal als een "kern" en coat een laag uniforme amorfe koolstofmateriaal op het oppervlak om deeltjes te vormen die vergelijkbaar zijn met een "kern-schaal"-structuur. De precursors van veelgebruikte amorfe koolstofmaterialen omvatten koolstofmaterialen van lage temperatuur pyrolyse zoals fenolhars, teer en citroenzuur. De tussenlaagafstanden van amorfe koolstofmaterialen zijn groter dan die van grafiet, wat de diffusieprestaties van lithiumionen daarin kan verbeteren. SEI-film, verbeter de eerste effecten, cycluslevensduur, enz.

Verschillen: Verschillende fabrikanten kiezen verschillende precursors en verschillende verwarmingsprocedures, waardoor de dikte en uniformiteit van de coatinglaag ook verschillen, waardoor de productkosten en prestaties ook zullen verschillen.

(5) Screening/Doping

De gegrafitiseerde materialen worden via vacuüm naar de balmolen getransporteerd en ondergaan vervolgens fysieke menging en balmolen. Ze worden gezeefd met een 270-mesh moleculaire zeef, en het materiaal onder de zeef wordt geïnspecteerd, gemeten, verpakt en opgeslagen. Het materiaal op de zeef wordt verder gemalen om aan de deeltjesgrootte-eisen te voldoen en vervolgens gezeefd.

Dopingmodificatie: De dopingmodificatiemethode is flexibeler en de dopingelementen zijn divers. Momenteel doen onderzoekers actief onderzoek naar deze methode. Het doperen van niet-koolstofelementen in grafiet kan de elektronische toestand van grafiet veranderen, waardoor het gemakkelijker wordt om elektronen te verkrijgen, wat de intercalatie van lithiumionen verder vergroot. Bijvoorbeeld, de succesvolle doping van fosfor- en booratomen in het grafietoppervlak en de vorming van chemische bindingen daarmee helpen bij het vormen van een dichte SEI-film, wat de cycluslevensduur en snelheids prestaties van grafiet effectief heeft verbeterd. Het doperen van verschillende elementen in het grafietmateriaal heeft verschillende optimalisatie-effecten op de elektrochemische prestaties. Daaronder kan de toevoeging van elementen (Si, Sn) die ook de capaciteit hebben om lithium op te slaan, de specifieke capaciteit van grafietanodematerialen aanzienlijk verbeteren.