Στη διαδικασία παραγωγής ανόδων με βάση το πυρίτιο, η επιλογή και η διαμόρφωση του ειδικού εξοπλισμού επηρεάζουν άμεσα την ποιότητα του προϊόντος και την αποδοτικότητα της παραγωγής. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή παραγωγή ανόδων γραφίτη, ο εξοπλισμός παραγωγής ανόδων με βάση το πυρίτιο έχει υψηλότερες τεχνικές απαιτήσεις και αυστηρότερη ακρίβεια ελέγχου. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας των ανόδων πυριτίου-οξυγόνου και των ανόδων πυριτίου-άνθρακα, ο βασικός εξοπλισμός τους διαφέρει. Ωστόσο, μπορούν επίσης να έχουν κάποιους κοινούς γενικούς εξοπλισμούς.
Βασικός εξοπλισμός και τεχνικά χαρακτηριστικά στην παραγωγή ανόδων με βάση το πυρίτιο
Το σύστημα φούρνου εξάχνωσης
Το σύστημα κλιβάνου εξάχνωσης είναι ο βασικός εξοπλισμός για την παρασκευή προδρόμων ανόδων πυριτίου-οξυγόνου, που χρησιμοποιούνται κυρίως για τη σύνθεση οξειδίου του πυριτίου (SiOx). Οι σύγχρονοι κλίβανοι εξάχνωσης συνήθως υιοθετούν κατακόρυφο σχεδιασμό και έχουν δύο λειτουργικές περιοχές. Το κάτω μέρος είναι η περιοχή θέρμανσης, η οποία χρησιμοποιεί επαγωγική θέρμανση μέσης συχνότητας ή θέρμανση με ράβδο πυριτίου-μολυβδαινίου. Οι θερμοκρασίες της μπορούν να φτάσουν τους 1200 - 1800°C. Το άνω μέρος είναι η περιοχή εναπόθεσης, εξοπλισμένη με μια υδρόψυκτη πλάκα συλλογής. Η θερμοκρασία συμπύκνωσης κυμαίνεται μεταξύ 400 - 800°C μέσω του συστήματος ανταλλαγής θερμότητας.
Ο κλίβανος εξάχνωσης λειτουργεί σε κενό ή σε περιβάλλον χαμηλής πίεσης (0,01 – 1000Pa) και απαιτεί μια ομάδα αντλίας κενού υψηλής απόδοσης και ένα σύστημα ελέγχου πίεσης. Οι προηγμένοι κλίβανοι εξάχνωσης ενσωματώνουν επίσης ένα διαδικτυακό σύστημα παρακολούθησης που μπορεί να παρακολουθεί την κατανομή του πεδίου θερμοκρασίας και τον ρυθμό εξάχνωσης του υλικού σε πραγματικό χρόνο, για να διασφαλίζεται η ομοιομορφία και η σταθερότητα της σύνθεσης του SiOx. Ο κλίβανος εξάχνωσης που αναπτύχθηκε από το Ινστιτούτο Έρευνας Τεχνολογίας Μηχανικής Εξοικονόμησης Ενέργειας της Κίνας χρησιμοποιεί καινοτόμα φωτοβολταϊκά απόβλητα κρυσταλλικού πυριτίου και χαλαζιακής άμμου ως πρώτες ύλες, μειώνοντας το κόστος και επιτυγχάνοντας την ανακύκλωση πόρων.
Εξοπλισμός παρασκευής νανοπυριτίου
Ο εξοπλισμός παρασκευής νανοπυριτίου είναι απαραίτητος για την παραγωγή ανόδων πυριτίου-άνθρακα. Ανάλογα με την τεχνική οδό, χωρίζεται κυρίως σε δύο κατηγορίες: συστήματα CVD (χημική εναπόθεση ατμών) και συστήματα PVD (φυσική εναπόθεση ατμών). Ο εξοπλισμός παραγωγής νανοπυριτίου CVD χρησιμοποιεί σιλάνιο (SiH4) ως πρώτη ύλη αντίδρασης για την παρασκευή σκόνης νανοπυριτίου μέσω θερμικής αποσύνθεσης. Ο τυπικός εξοπλισμός περιλαμβάνει ένα σύστημα καθαρισμού πηγής αερίου, έναν θάλαμο αντίδρασης, ένα σύστημα θέρμανσης, ένα σύστημα επεξεργασίας αερίου ουράς και μια συσκευή συλλογής. Ο θάλαμος αντίδρασης σχεδιάζεται συνήθως με ρευστοποιημένη κλίνη ή σταθερή κλίνη. Η ακρίβεια ελέγχου θερμοκρασίας πρέπει να είναι εντός ± 5 °C.
Η γραμμή παραγωγής θερμικής CVD της Zhongning Silicon Industry, μιας εγχώριας εταιρείας, μπορεί να παράγει σκόνη πυριτίου υψηλής καθαρότητας στην περιοχή των 20-100nm, με παραγωγική δυναμικότητα 500 τόνων ετησίως. Η μέθοδος PVD χρησιμοποιεί τεχνολογία εξάτμισης και συμπύκνωσης πλάσματος. Αντιπροσωπευτικός εξοπλισμός, όπως η συσκευή φυσικής μεθόδου ατμοφασικής εξάτμισης πλάσματος και συμπύκνωσης που αναπτύχθηκε από την Boqian New Materials υπό κανονική πίεση, μπορεί να παράγει σφαιρική σκόνη πυριτίου με μεγέθη σωματιδίων κάτω των 100nm, προσφέροντας τα πλεονεκτήματα της υψηλής καθαρότητας και του ομοιόμορφου μεγέθους σωματιδίων.
Σύνθετος εξοπλισμός και εξοπλισμός διασποράς για αρνητικά ηλεκτρόδια με βάση το πυρίτιο
Ο εξοπλισμός σύνθετων υλικών και διασποράς παίζει κρίσιμο ρόλο στην απόδοση των αρνητικών ηλεκτροδίων με βάση το πυρίτιο. Ο εξοπλισμός περιλαμβάνει αναμικτήρες υψηλής ταχύτητας, μύλους άμμου και συστήματα διασποράς υπερήχων.
Για τη διαδικασία άλεσης με άμμο των αρνητικών ηλεκτροδίων πυριτίου-άνθρακα, ο συνήθως χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός είναι ένας οριζόντιος μύλος άμμου με μέσο λείανσης οξειδίου του ζιρκονίου ή καρβιδίου του βολφραμίου (μικτά 3 mm και 5 mm). Η ένταση και ο χρόνος λείανσης πρέπει να είναι ακριβής ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του υλικού. Ο σύνθετος εξοπλισμός που αναπτύχθηκε από την Shanghai Shanshan Technology συνδυάζει καινοτόμα την υπερηχητική διασπορά με τη διαδικασία άλεσης με άμμο. Πρώτον, η υπερηχητική προεπεξεργασία μπορεί να διασπάσει τη συσσωμάτωση σωματιδίων με ρυθμιζόμενη ισχύ και χρόνο). Στη συνέχεια, η άλεση και ο καθαρισμός με άμμο θα συνεχίσουν την επεξεργασία και θα βελτιώσουν σημαντικά το αποτέλεσμα της διασποράς.
Εξοπλισμός κοκκοποίησης και ξήρανσης
Ο εξοπλισμός κοκκοποίησης και ξήρανσης χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της νανο-πυριτίου ή της σκόνης οξειδίου του πυριτίου σε δευτερογενή σωματίδια κατάλληλα για επακόλουθη επεξεργασία. Ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός κοκκοποίησης είναι ο πύργος ξήρανσης με ψεκασμό. Μετά την ανάμειξη του πολτού που περιέχει πυρίτιο με το συνδετικό υλικό, σχηματίζονται μικροσκοπικά σταγονίδια μέσω ενός ψεκαστήρα. Ξηράνθηκε γρήγορα υπό θερμό αέρα. Το σύστημα δευτερογενούς κοκκοποίησης που αναπτύχθηκε από το Ινστιτούτο Έρευνας Μηχανικής και Τεχνολογίας Εξοικονόμησης Ενέργειας της Κίνας υιοθετεί έναν ειδικά σχεδιασμένο ψεκαστήρα και σύστημα κυκλοφορίας θερμού αέρα για την παρασκευή ομοιόμορφων σωματιδίων στην περιοχή των 30 έως 50 μm, βελτιώνοντας σημαντικά τη ρευστότητα των εξαιρετικά λεπτών σκονών. Για συστήματα με βάση διαλύτες, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ξηραντήρες κενού ή ξηραντήρες δίσκου, αλλά πρέπει να δοθεί προσοχή στις ανησυχίες για την αντοχή σε εκρήξεις και την ανάκτηση διαλύτη. Η νέα μηχανή κοκκοποίησης και ξήρανσης ρευστοποιημένης κλίνης "όλα σε ένα" συνδυάζει την τεχνολογία ρευστοποίησης και ψεκασμού, προσφέροντας υψηλότερη απόδοση κοκκοποίησης και καλύτερη αντοχή σωματιδίων. Υιοθετείται σταδιακά στην παραγωγή αρνητικών ηλεκτροδίων με βάση το πυρίτιο υψηλής ποιότητας.
Εξοπλισμός επίστρωσης και θερμικής επεξεργασίας
Ο εξοπλισμός επίστρωσης και θερμικής επεξεργασίας διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στη βελτίωση της ηλεκτροχημικής απόδοσης των αρνητικών ηλεκτροδίων με βάση το πυρίτιο. Σε αυτά περιλαμβάνονται συστήματα CVD ρευστοποιημένης κλίνης, περιστροφικοί κλιβάνοι και σωληνωτοί φούρνοι. Οι αντιδραστήρες ρευστοποιημένης κλίνης είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικοί για την επικάλυψη άνθρακα με αρνητικά ηλεκτρόδια πυριτίου-οξυγόνου. Οι χειριστές επιτυγχάνουν ομοιόμορφη εναπόθεση στρώματος άνθρακα ελέγχοντας με ακρίβεια την ταχύτητα του αερίου ρευστοποίησης (όπως μια αρχική ρύθμιση 8L/s) και το πεδίο θερμοκρασίας (600 – 1000°C). Τα προηγμένα συστήματα ρευστοποιημένης κλίνης διαθέτουν προθερμαντήρες (με θερμοκρασίες προθέρμανσης ≥ 400°C) και εναλλάκτες θερμότητας, οι οποίοι μειώνουν την κατανάλωση ενέργειας και ελαχιστοποιούν τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.
Για την επεξεργασία ενανθράκωσης αρνητικών ηλεκτροδίων πυριτίου-άνθρακα, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν συνήθως περιστροφικούς κλιβάνους με προστασία από την ατμόσφαιρα ή κλιβάνους με πλάκα ώθησης. Συνήθως λειτουργούν σε εύρος θερμοκρασίας 1000 – 1500°C, με χρόνο επεξεργασίας 2 – 5 ώρες. Η ομάδα του Πανεπιστημίου Central South ανέπτυξε τεχνολογία νανοκρυσταλλικού πυριτίου με βελτιωμένα ελαττώματα, χρησιμοποιώντας έναν ειδικά σχεδιασμένο κλίβανο θερμικής επεξεργασίας. Ελέγχουν με ακρίβεια τον ρυθμό θέρμανσης και τη σύνθεση της ατμόσφαιρας για να εισάγουν ελαττωματικές δομές όπως σφάλματα στοίβαξης και νανοδιπλώματα σε κρυσταλλικά απόβλητα πυριτίου, βελτιώνοντας σημαντικά τη σταθερότητα του κύκλου των αρνητικών ηλεκτροδίων πυριτίου.
Εξοπλισμός μετεπεξεργασίας
Ο εξοπλισμός μετεπεξεργασίας περιλαμβάνει εξειδικευμένο εξοπλισμό για σύνθλιψη, διαλογή, επιφανειακή επεξεργασία και συσκευασία.
Ο μύλος με τζετ είναι ο κύριος εξοπλισμός για την εξαιρετικά λεπτή άλεση. Αποφεύγει τη μόλυνση του μετάλλου μέσω σχεδιασμού σύγκρουσης και συνθλίβει το υλικό στο απαιτούμενο μέγεθος σωματιδίων (συνήθως D50 < 10μm). Το σύστημα ταξινόμησης χρησιμοποιεί κυρίως ταξινομητές αέρα για την ακριβή ταξινόμηση των σωματιδίων με βάση την αεροδυναμική τους διάμετρο. Ο εξοπλισμός επεξεργασίας επιφανειών περιλαμβάνει τροποποιημένους αναμικτήρες και μηχανές επίστρωσης, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την εφαρμογή λειτουργικών επιστρώσεων στην επιφάνεια υλικών με βάση το πυρίτιο. Οι απομαγνητιστές χρησιμοποιούνται για την απομάκρυνση μεταλλικών ακαθαρσιών που ενδέχεται να εισαχθούν κατά τη διαχείριση των πρώτων υλών και τη διαδικασία παραγωγής, συνήθως χρησιμοποιώντας σχεδιασμό μαγνητικού διαχωρισμού υψηλής διαβάθμισης πολλαπλών σταδίων. Ο εξοπλισμός συσκευασίας πρέπει να λειτουργεί σε ξηρή ατμόσφαιρα ή σε περιβάλλον κενού για να αποτρέπεται η απορρόφηση υγρασίας και η οξείδωση των υλικών με βάση το πυρίτιο.
Αυτοματοποιημένο Σύστημα Ελέγχου
Το αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου χρησιμεύει ως το νευραλγικό κέντρο μιας σύγχρονης γραμμής παραγωγής αρνητικών ηλεκτροδίων με βάση το πυρίτιο, υπεύθυνης για τον συντονισμένο έλεγχο και την απόκτηση δεδομένων κάθε διαδικασίας.
Ένα τυπικό σύστημα ελέγχου συλλογής περιλαμβάνει μονάδες ελέγχου θερμοκρασίας και ροής που παρακολουθούν βασικές παραμέτρους, όπως η θερμοκρασία αντίδρασης του κλιβάνου εξάχνωσης, η θερμοκρασία εναπόθεσης της ζώνης εναπόθεσης, η θερμοκρασία αντίδρασης της ρευστοποιημένης κλίνης και η θερμοκρασία του προθερμαντήρα σε πραγματικό χρόνο. Το σύστημα συλλέγει και αναλύει επίσης δεδομένα παραγωγής, όπως η έξοδος του κλιβάνου εξάχνωσης, η ποσότητα τροφοδοσίας της ρευστοποιημένης κλίνης, ο ρυθμός ροής της πηγής αερίου και η ποσότητα εξόδου, για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας και τη διασφάλιση της ιχνηλασιμότητας της ποιότητας. Τα προηγμένα εργοστάσια χρησιμοποιούν επίσης MES (Σύστημα Εκτέλεσης Παραγωγής) και βιομηχανική τεχνολογία Διαδικτύου για να επιτρέψουν την ψηφιακή και έξυπνη διαχείριση ολόκληρης της παραγωγικής διαδικασίας.
Πίνακας: Βασικός εξοπλισμός και τεχνικές παράμετροι για την παραγωγή αρνητικών ηλεκτροδίων με βάση το πυρίτιο
| Τύπος εξοπλισμού | Κύρια λειτουργία | Βασικές Τεχνικές Παράμετροι | Αντιπροσωπευτικοί Κατασκευαστές/Τεχνολογίες |
| Σύστημα Φούρνου Εξάχνωσης | Σύνθεση και Εναπόθεση SiOx | Θερμοκρασία 1200-1800°C, Πίεση 0,01-1000Pa | Ινστιτούτο Έρευνας Τεχνολογίας Μηχανικών CECEP |
| Εξοπλισμός Nano-Si CVD | Παραγωγή σκόνης νανοπυριτίου | Αποσύνθεση σιλανίου, μέγεθος σωματιδίων 20-100nm | Zhongning Silicon (θυγατρική της Duofluoride) |
| Εξοπλισμός Nano-Si PVD | Παραγωγή νανοπυριτίου υψηλής καθαρότητας | Εξάτμιση-συμπύκνωση πλάσματος, Μέγεθος σωματιδίων <100nm | Νέα Υλικά Boqian |
| Σύστημα διασποράς μύλου άμμου | Σύνθετο Si/C & Βελτίωση | Μέσα λείανσης 3/5mm, χρόνος επεξεργασίας 1-3 ώρες | Τεχνολογία Shanghai Shanshan |
| Πύργος κοκκοποίησης ψεκασμού | Παρασκευή δευτερογενών σωματιδίων | Μέγεθος σωματιδίων 30-50μm | Διάφοροι εξειδικευμένοι κατασκευαστές |
| Σύστημα καρδιαγγειακών παθήσεων με ρευστοποιημένη κλίνη | Επεξεργασία επίστρωσης άνθρακα | Θερμοκρασία 600-1000°C, Ταχύτητα αερίου 8L/s | Ιδιόκτητη τεχνολογία |
| Φούρνος πυροσυσσωμάτωσης ατμόσφαιρας | Θερμική επεξεργασία ενανθράκωσης | Θερμοκρασία 1000-1500°C, Διάρκεια 2-5 ώρες | Διάφοροι εξειδικευμένοι κατασκευαστές |
| Σύστημα άλεσης και ταξινόμησης με τζετ | Υπερλεπτή λείανση και ταξινόμηση | D50<10μm, Πολυβάθμια ταξινόμηση | Εγχώριοι/Διεθνείς εξειδικευμένοι κατασκευαστές |
Με την ταχεία ανάπτυξη της βιομηχανίας αρνητικών ηλεκτροδίων με βάση το πυρίτιο, ο εξοπλισμός παραγωγής εξελίσσεται προς μεγαλύτερης κλίμακας, συνεχή και πιο έξυπνα σχέδια. Για παράδειγμα, τα σχέδια συνεχούς τροφοδοσίας μπορούν να αντικαταστήσουν τους παραδοσιακούς κλιβάνους εξάχνωσης κατά παρτίδες. Πολλαπλές ρευστοποιημένες κλίνες σε σειρά μπορούν να επιτύχουν τη διαδοχική επίστρωση διαφορετικών λειτουργικών στρωμάτων. Η βελτιστοποίηση των παραμέτρων της διεργασίας και η πρόβλεψη ποιότητας μπορούν να εφαρμόσουν τεχνολογία τεχνητής νοημοσύνης. Αυτές οι τεχνολογικές εξελίξεις θα βελτιώσουν περαιτέρω την αποδοτικότητα της παραγωγής, τη συνέπεια του προϊόντος και την ανταγωνιστικότητα κόστους των αρνητικών ηλεκτροδίων με βάση το πυρίτιο, επιταχύνοντας την εφαρμογή τους σε μεγάλη κλίμακα σε μπαταρίες υψηλής ισχύος.
Σχετικά με την Epic Powder Machinery
Μηχανήματα Epic Powder, με έδρα το Τσινγκτάο της Κίνας, ειδικεύεται σε συστήματα εξαιρετικά λεπτής λείανσης και ταξινόμησης. Σχεδιάζουμε και κατασκευάζουμε προηγμένο εξοπλισμό, συμπεριλαμβανομένων μύλων jet και μύλων ταξινόμησης αέρα, εξυπηρετώντας βιομηχανίες όπως οι μπαταρίες ιόντων λιθίου. Με έμφαση στην ποιότητα και την καινοτομία, σας βοηθάμε να βελτιστοποιήσετε την αποδοτικότητα και τη συνέπεια της παραγωγής.