วัสดุขั้วบวกลิเธียมไอออนแบตเตอรี่ชุดห้า - วิธีการเตรียมวัสดุแอโนดกราไฟท์

ถ้าบริษัทแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเปรียบเทียบกับพ่อครัว วัสดุอิเล็กโทรดลบเป็นผักที่แข็ง วิธีทำผักแข็งอย่างดีเป็นความรับผิดชอบหลักของวิศวกรของบริษัทแบตเตอรี่ลิเธียมส่วนใหญ่ และต้องพิจารณาคุณภาพของผักแข็งด้วย ความสามารถของผู้เชี่ยวชาญผักอยู่ในขณะนี้ และผู้เชี่ยวชาญผักเหล่านี้เป็นผู้ผลิตวัสดุเชิงลบ เป็นบทความสุดท้ายในชุดความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับขั้วลบ ฉันจะกลับไปที่แหล่งที่มาและทำการสำรวจเบื้องต้นเกี่ยวกับกระบวนการผลิตของวัสดุอิเล็กโทรดขั้วลบ โดยหวังว่าจะเผยแพร่ความรู้พื้นฐานสำหรับเพื่อนร่วมงานแบตเตอรี่ลิเธียมส่วนใหญ่

1. กระบวนการผลิตกราไฟท์ประดิษฐ์

คนมักคิดว่าการผลิตวัสดุอิเล็กโทรดลบเป็นเรื่องง่ายมาก เพียงแค่โยนวัตถุดิบลงในเตาเผาผนึกแล้วเพิ่มอุณหภูมิสำหรับการเผาผนึก แต่ความเข้าใจนี้เป็นเพียงผิวเผิน การเตรียมกราไฟท์เทียมต้องผ่านกระบวนการหลักสี่ประการคือ "การบด แกรนูล แกรไฟต์ และการตรวจคัดกรอง" และกระบวนการขนาดเล็กจำนวนมาก การเชื่อมโยงทั้งสองของแกรนูลและแกรไฟต์มีอุปสรรคทางเทคนิคสูง ซึ่งไม่ใช่เรื่องง่าย การเผาผนึกอย่างง่ายจะทำ เริ่มจากวัตถุดิบกราไฟท์ประดิษฐ์:

มวลรวมของกราไฟท์เทียมแบ่งออกเป็นสามประเภท: ซีรีย์ถ่านหิน ซีรีย์ปิโตรเลียม และซีรีย์ถ่านหินและปิโตรเลียม ในหมู่พวกเขา โค้กเข็มจากถ่านหิน โค้กเข็มจากปิโตรเลียม และโค้กปิโตรเลียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด เท่าที่เกี่ยวข้องกับตลาดปัจจุบัน โค้กเข็มถูกใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับขั้วลบระดับไฮเอนด์ และใช้โค้กปิโตรเลียมราคาถูกเป็นวัตถุดิบสำหรับขั้วลบระดับกลางและระดับล่าง สารยึดเกาะทำหน้าที่จับอนุภาคต่างๆ เข้าด้วยกัน

ประการแรกคือกระบวนการปรับสภาพ ตามความต้องการของผลิตภัณฑ์ วัตถุดิบกราไฟท์และแอสฟัลต์ถูกผสมในสัดส่วนที่ต่างกัน จากนั้นจึงดำเนินการโรงสีเจ็ท วัตถุดิบพื้นเข้าสู่กระบวนการแกรนูล กระบวนการแกรนูลแบ่งออกเป็นไพโรไลซิสและการกัดลูก กระบวนการคัดกรอง ขนาด การกระจาย และสัณฐานวิทยาของแกรนูลจะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของวัสดุอิเล็กโทรดลบ ซึ่งได้กล่าวถึงในหัวข้อก่อนหน้านี้ และจะไม่มีการอธิบายในรายละเอียดที่นี่ กระบวนการไพโรไลซิสเป็นกระบวนการของการให้ความร้อนแบบไล่ระดับและการกวน ซึ่งสามารถทำได้ สำหรับผลิตภัณฑ์ระดับกลาง กระบวนการคัดแยกลูกกัดเป็นกระบวนการกัดลูกกล อนุภาคขนาดใหญ่จะถูกบดให้เป็นอนุภาคที่เล็กกว่า ขณะนี้ ผลิตภัณฑ์เข้าสู่กระบวนการ graphitization และเผาด้วยอุณหภูมิที่แตกต่างกันตามต้องการเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีระดับแกรไฟต์ต่างกัน สุดท้าย ทำการกัดบอล มีกระบวนการเล็ก ๆ มากมายในระหว่างการคัดกรอง และผู้ผลิตแต่ละรายก็ต่างกัน ดังนั้นฉันจะไม่ทำซ้ำที่นี่

Graphitization เป็นการอบชุบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิสูง โดยวางผลิตภัณฑ์ที่จะเตรียมไว้ในสื่อป้องกันในเตาเผากราไฟท์และให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง เพื่อให้ตารางระนาบอะตอมของคาร์บอนหกเหลี่ยมเปลี่ยนจากการซ้อนทับกันที่ไม่เป็นระเบียบของสองมิติ ช่องว่างเพื่อให้ทับซ้อนกันของพื้นที่สามมิติและมีโครงสร้างกราไฟท์ ในกระบวนการ เมื่ออุณหภูมิการเผาผนึกเพิ่มขึ้น ข้อบกพร่องของโครงสร้างกราไฟท์จะน้อยลงเรื่อยๆ และระดับของกราไฟท์จะสูงขึ้นเรื่อยๆ แต่ในกระบวนการผลิตจริง การกระจายอุณหภูมิมักจะไม่สม่ำเสมอ ซึ่งต้องพิจารณา อุปกรณ์. วิธีการนี้ทำให้การกระจายอุณหภูมิมีความสม่ำเสมอมากขึ้น ทำให้ความร้อนของวัสดุทั้งหมดมีความสม่ำเสมอมากขึ้น และปรับปรุงความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์

2. กระบวนการผลิตกราไฟท์ธรรมชาติ

ขั้นตอนยังเป็นสี่ขั้นตอนหลักคือการบด แกรนูล แกรไฟต์ และคัดกรอง เนื่องจากข้อบกพร่องของกราไฟท์ธรรมชาติ จึงต้องดำเนินการขั้นตอนต่างๆ เช่น การทำให้เป็นทรงกลม การกำจัดแม่เหล็ก และการเคลือบพื้นผิว ซึ่งรวมถึงการปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพของกราไฟท์ธรรมชาติด้วย และสมรรถนะทางไฟฟ้าเคมี
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตกราไฟท์เทียมที่มีกราไฟท์ธรรมชาติเป็นวัตถุดิบก็ถูกดำเนินการไปพร้อม ๆ กัน ท้ายที่สุด ประเทศของฉันมีอาณาเขตกว้างใหญ่และมีกราไฟท์สำรองตามธรรมชาติมากมาย อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันยังมีปัญหาสำคัญอยู่ และเส้นทางกระบวนการและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องยังคงพัฒนาอยู่ ท่ามกลาง.

3. กระบวนการผลิตของ mesocarbon microspheres (MCMB)

เมื่อสารประกอบพิตช์ได้รับการบำบัดด้วยความร้อน จะเกิดการควบแน่นด้วยความร้อนเพื่อสร้างทรงกลมมีโซเฟสแบบแอนไอโซทรอปิก

เป็นอนุภาคทรงกลมที่สามารถบรรจุให้แน่นเพื่อสร้างอิเล็กโทรดความหนาแน่นสูง มีพื้นที่ผิวต่ำซึ่งช่วยลดปฏิกิริยาข้างเคียงระหว่างการชาร์จและการคายประจุ โครงสร้างผลึกภายในถูกจัดเรียงตามแนวรัศมีซึ่งหมายความว่ามีพื้นผิวที่เปิดเผยจำนวนมากบนพื้นผิว ขอบของผลึกกราไฟต์ซึ่งทำให้สามารถชาร์จและคายประจุที่ความหนาแน่นกระแสสูงได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านพลังงานและการชาร์จอย่างรวดเร็ว แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

4. กระบวนการผลิตวัสดุกราไฟท์อื่นๆ

คาร์บอนอ่อน: ที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นวัสดุคาร์บอนที่แกรไฟต์ได้ง่าย เป็นวัสดุคาร์บอนอสัณฐานที่สามารถทำกราฟได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2000 °C โดยมีความเป็นผลึกต่ำ ระยะห่างระหว่างชั้นขนาดใหญ่ ความจุสูงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้สูงสำหรับการคายประจุครั้งแรก และไม่มีที่ราบสูงแรงดันไฟฟ้าที่เห็นได้ชัด มันสามารถผ่านโค้กปิโตรเลียมและโค้กเข็ม เผา;

ฮาร์ดคาร์บอน: ที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นวัสดุคาร์บอนที่ยากต่อการสร้างกราไฟท์ มันยากที่จะสร้างกราไฟท์ที่อุณหภูมิสูงกว่า 3000 °C โดยทั่วไป วัสดุเรซินคาร์บอน อะเซทิลีนแบล็ค และสารอื่นๆ มีระยะห่างระหว่างชั้นที่เหมาะสม ไม่มีการขยายตัวที่ชัดเจนระหว่างการชาร์จและการคายประจุ และมีประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุที่ดี ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในญี่ปุ่น

ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการผลิตอิเล็กโทรดลบ ผู้ผลิตบางรายสามารถเคลือบพื้นผิวกราไฟท์เทียมด้วยวัสดุคาร์บอนอ่อนหรือฮาร์ดคาร์บอน ซึ่งไม่เพียงแต่รับประกันความจุสูงของกราไฟท์ประดิษฐ์สำหรับการชาร์จและการคายประจุเท่านั้น แต่ยังช่วยให้ตัววัสดุมีคุณภาพสูงอีกด้วย - อัตราค่าธรรมเนียมและความจุจำหน่าย และประสิทธิภาพอุณหภูมิสูงและต่ำที่ดี แต่ค่าใช้จ่ายจะสูงขึ้นตามลำดับ

สรุป: บทความนี้จะแนะนำขั้นตอนและกระบวนการผลิตของกราไฟท์เทียม กราไฟท์ธรรมชาติ และไมโครสเฟียร์เมโซคาร์บอนโดยสังเขป แต่ละองค์กรมีเทคโนโลยีและกระบวนการผลิตที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเอง วัสดุแอโนดประสิทธิภาพจะค่อย ๆ พัฒนาและผลิตจำนวนมาก และอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั้งหมดก็จะก้าวหน้าตามไปด้วย จนถึงตอนนี้ ชุดของวัสดุแอโนดสิ้นสุดที่นี่ ฉันหวังว่าเพื่อนร่วมงานแบตเตอรี่ลิเธียมส่วนใหญ่สามารถให้ความคิดเห็นอันมีค่าเพื่อส่งเสริมการพัฒนาร่วมกันของอุตสาหกรรม