Dalam proses produksi anoda berbasis silikon, pemilihan dan konfigurasi peralatan khusus secara langsung memengaruhi kualitas produk dan efisiensi produksi. Dibandingkan dengan produksi anoda grafit tradisional, peralatan produksi anoda berbasis silikon memiliki persyaratan teknis yang lebih tinggi dan akurasi kontrol yang lebih ketat. Bergantung pada karakteristik proses anoda silikon-oksigen dan anoda silikon-karbon, peralatan inti mereka berbeda. Namun, mereka juga dapat berbagi beberapa peralatan umum.
Peralatan utama dan karakteristik teknis dalam produksi anoda berbasis silikon
Sistem tungku sublimasi
Sistem tungku sublimasi merupakan peralatan inti untuk menyiapkan prekursor anoda silikon-oksigen, yang utamanya digunakan untuk mensintesis silikon oksida (SiOx). Tungku sublimasi modern biasanya mengadopsi desain vertikal dan memiliki dua area fungsional. Bagian bawah merupakan area pemanas, yang menggunakan pemanas induksi frekuensi menengah atau pemanas batang silikon-molibdenum. Suhunya dapat mencapai 1200 – 1800°C. Bagian atas merupakan area pengendapan, yang dilengkapi dengan pelat pengumpul berpendingin air. Suhu kondensasi berada dalam kisaran 400 – 800°C melalui sistem pertukaran panas.
Tungku sublimasi beroperasi dalam lingkungan vakum atau tekanan rendah (0,01 – 1000 Pa) dan memerlukan kelompok pompa vakum berkinerja tinggi dan sistem kontrol tekanan. Tungku sublimasi canggih juga mengintegrasikan sistem pemantauan daring yang dapat melacak distribusi medan suhu dan laju sublimasi material secara real time untuk memastikan keseragaman dan stabilitas komposisi SiOx. Tungku sublimasi yang dikembangkan oleh Institut Penelitian Teknologi Rekayasa Konservasi Energi Tiongkok secara inovatif menggunakan limbah fotovoltaik silikon kristal dan pasir kuarsa sebagai bahan baku, mengurangi biaya dan mewujudkan daur ulang sumber daya.
Peralatan persiapan nanosilikon
Peralatan persiapan nanosilikon sangat penting untuk produksi anoda silikon-karbon. Bergantung pada rute teknisnya, peralatan ini terutama dibagi menjadi dua kategori: sistem CVD (Chemical Vapor Deposition) dan sistem PVD (Physical Vapor Deposition). Peralatan produksi nanosilikon CVD menggunakan silana (SiH4) sebagai bahan baku reaksi untuk menyiapkan bubuk nanosilikon melalui dekomposisi termal. Peralatan yang umum termasuk sistem pemurnian sumber gas, ruang reaksi, sistem pemanas, sistem pengolahan gas buang, dan perangkat pengumpulan. Ruang reaksi biasanya dirancang dengan unggun terfluidisasi atau unggun tetap. Akurasi kontrol suhu harus berada dalam kisaran ± 5 °C.
Lini produksi CVD termal Zhongning Silicon Industry, perusahaan domestik, dapat memproduksi bubuk silikon dengan kemurnian tinggi dalam kisaran 20 – 100nm, dengan kapasitas produksi 500 ton per tahun. Metode PVD menggunakan teknologi penguapan dan kondensasi plasma. Peralatan representatif, seperti perangkat metode fase uap fisik penguapan dan kondensasi plasma yang dikembangkan oleh Boqian New Materials di bawah tekanan normal, dapat memproduksi bubuk silikon bulat dengan ukuran partikel di bawah 100nm, yang menawarkan keunggulan kemurnian tinggi dan ukuran partikel yang seragam.
Peralatan Komposit dan Dispersi untuk Elektroda Negatif Berbasis Silikon
Peralatan komposit dan dispersi memainkan peran penting dalam kinerja elektroda negatif berbasis silikon. Peralatan tersebut meliputi mixer berkecepatan tinggi, penggiling pasir, dan sistem dispersi ultrasonik.
Untuk proses penggilingan pasir elektroda negatif silikon-karbon, peralatan yang umum digunakan adalah penggilingan pasir horizontal dengan media penggilingan zirkonium oksida atau tungsten karbida (campuran 3mm dan 5mm). Intensitas dan waktu penggilingan harus tepat sesuai dengan karakteristik material. Peralatan komposit yang dikembangkan oleh Shanghai Shanshan Technology secara inovatif menggabungkan dispersi ultrasonik dengan proses penggilingan pasir. Pertama, praperlakuan ultrasonik dapat memecah penggumpalan partikel dengan daya dan waktu yang dapat disesuaikan). Kemudian penggilingan dan pemurnian pasir akan terus memproses dan secara signifikan meningkatkan efek dispersi.
Peralatan Granulasi dan Pengeringan
Peralatan granulasi dan pengeringan digunakan untuk mengubah bubuk nano-silikon atau silikon oksida menjadi partikel sekunder yang cocok untuk pemrosesan selanjutnya. Peralatan granulasi yang paling umum digunakan adalah menara pengering semprot. Setelah mencampur bubur yang mengandung silikon dengan pengikat, tetesan kecil dibentuk melalui alat penyemprot. Ini cepat kering di bawah udara panas. Sistem granulasi sekunder yang dikembangkan oleh Institut Penelitian Teknik dan Teknologi Konservasi Energi Tiongkok mengadopsi alat penyemprot yang dirancang khusus dan sistem sirkulasi udara panas untuk menyiapkan partikel seragam dalam kisaran 30 hingga 50μm, secara signifikan meningkatkan fluiditas bubuk ultrafine. Untuk sistem berbasis pelarut, pengering vakum atau pengering cakram juga dapat digunakan, tetapi perhatian harus diberikan pada masalah anti-ledakan dan pemulihan pelarut. Mesin granulasi dan pengeringan all-in-one fluidized bed yang baru menggabungkan teknologi fluidisasi dan penyemprotan, menawarkan efisiensi granulasi yang lebih tinggi dan kekuatan partikel yang lebih baik. Ini secara bertahap diadopsi dalam produksi elektroda negatif berbasis silikon kelas atas.
Peralatan Pelapisan dan Perlakuan Panas
Peralatan pelapisan dan perlakuan panas memainkan peran penting dalam meningkatkan kinerja elektrokimia elektroda negatif berbasis silikon. Ini termasuk sistem CVD fluidized bed, tanur putar, dan tungku tabung. Reaktor fluidized bed khususnya efektif untuk pelapisan karbon elektroda negatif silikon-oksigen. Operator mencapai pengendapan lapisan karbon yang seragam dengan mengendalikan kecepatan gas fluidisasi secara tepat (seperti pengaturan awal 8L/s) dan medan suhu (600 – 1000°C). Sistem fluidized bed yang canggih memiliki pemanas awal (dengan suhu pemanasan awal ≥ 400°C) dan penukar panas, yang mengurangi konsumsi energi dan meminimalkan fluktuasi suhu.
Untuk perawatan karbonisasi elektroda negatif silikon-karbon, produsen biasanya menggunakan tanur putar yang dilindungi atmosfer atau tanur pelat dorong. Tanur ini biasanya beroperasi dalam kisaran suhu 1000 – 1500°C, dengan waktu perawatan 2 – 5 jam. Tim Central South University mengembangkan teknologi silikon nanokristalin yang ditingkatkan cacatnya, menggunakan tungku perawatan panas yang dirancang khusus. Mereka secara tepat mengendalikan laju pemanasan dan komposisi atmosfer untuk memasukkan struktur cacat seperti kesalahan penumpukan dan nanotwin ke dalam limbah silikon kristal, yang secara signifikan meningkatkan stabilitas siklus elektroda negatif silikon.
Peralatan pasca-proses
Peralatan pasca-pemrosesan mencakup peralatan khusus untuk penghancuran, pemilahan, perawatan permukaan, dan pengemasan.
Jet mill merupakan peralatan utama untuk penggilingan ultrafine. Jet mill menghindari kontaminasi logam melalui desain tumbukan dan menghancurkan material hingga ukuran partikel yang dibutuhkan (biasanya D50 < 10μm). Sistem klasifikasi terutama menggunakan pengklasifikasi udara untuk mengklasifikasikan partikel secara akurat berdasarkan diameter aerodinamisnya. Peralatan perawatan permukaan mencakup mixer dan mesin pelapis yang dimodifikasi, yang digunakan untuk menerapkan pelapis fungsional pada permukaan material berbasis silikon. Demagnetizer digunakan untuk menghilangkan kotoran logam yang mungkin muncul selama penanganan bahan baku dan proses produksi, biasanya menggunakan desain pemisahan magnetik gradien tinggi multi-tahap. Peralatan pengemasan harus beroperasi di atmosfer kering atau lingkungan vakum untuk mencegah material berbasis silikon menyerap kelembapan dan teroksidasi.
Sistem Kontrol Otomatis
Sistem kontrol otomatis berfungsi sebagai pusat saraf dari lini produksi elektroda negatif berbasis silikon modern, yang bertanggung jawab atas kontrol terkoordinasi dan akuisisi data pada setiap proses.
Sistem kontrol akuisisi yang umum mencakup modul kontrol suhu dan aliran yang memantau parameter utama, seperti suhu reaksi tungku sublimasi, suhu pengendapan zona pengendapan, suhu reaksi unggun terfluidisasi, dan suhu prapemanas secara real-time. Sistem ini juga mengumpulkan dan menganalisis data produksi, seperti output tungku sublimasi, jumlah umpan unggun terfluidisasi, laju aliran sumber gas, dan jumlah output, untuk mengoptimalkan proses dan memastikan ketertelusuran kualitas. Pabrik-pabrik canggih juga menggunakan MES (Manufacturing Execution System) dan teknologi Internet industri untuk memungkinkan manajemen digital dan cerdas dari seluruh proses produksi.
Tabel: Peralatan Utama dan Parameter Teknis untuk Produksi Elektroda Negatif Berbasis Silikon
| Jenis Peralatan | Fungsi Utama | Parameter Teknis Utama | Produsen/Teknologi Representatif |
| Sistem Tungku Sublimasi | Sintesis & Deposisi SiOx | Suhu 1200-1800°C, Tekanan 0,01-1000Pa | Institut Penelitian Teknologi Rekayasa CECEP |
| Peralatan CVD Nano-Si | Produksi Bubuk Nano Silikon | Dekomposisi silana, Ukuran partikel 20-100nm | Zhongning Silicon (anak perusahaan Duofluorida) |
| Peralatan PVD Nano-Si | Produksi Nano Silikon Kemurnian Tinggi | Penguapan-kondensasi plasma, Ukuran partikel <100nm | Bahan Baru Boqian |
| Sistem Dispersi Penggilingan Pasir | Komposit dan Penyempurnaan Si/C | Media penggilingan 3/5mm, Waktu pemrosesan 1-3 jam | Teknologi Shanshan Shanghai |
| Menara Granulasi Semprot | Persiapan Partikel Sekunder | Ukuran partikel 30-50μm | Berbagai produsen khusus |
| Sistem CVD Fluidized Bed | Perawatan Pelapisan Karbon | Suhu 600-1000°C, Kecepatan gas 8L/s | Teknologi hak milik |
| Tungku Sintering Atmosfer | Perlakuan Panas Karbonisasi | Suhu 1000-1500°C, Durasi 2-5 jam | Berbagai produsen khusus |
| Sistem Penggilingan dan Klasifikasi Jet | Penggilingan dan Klasifikasi Ultrahalus | D50<10μm, Klasifikasi multi-tahap | Produsen khusus domestik/internasional |
Dengan pesatnya perkembangan industri elektroda negatif berbasis silikon, peralatan produksi berevolusi menuju desain yang berskala lebih besar, berkelanjutan, dan lebih cerdas. Misalnya, desain pengumpanan berkelanjutan dapat menggantikan tungku sublimasi batch tradisional. Beberapa unggun terfluidisasi secara seri dapat mencapai pelapisan berurutan dari berbagai lapisan fungsional. Optimalisasi parameter proses dan prediksi kualitas dapat menerapkan teknologi AI. Kemajuan teknologi ini akan semakin meningkatkan efisiensi produksi, konsistensi produk, dan daya saing biaya elektroda negatif berbasis silikon, yang mempercepat penerapannya dalam skala besar pada baterai daya kelas atas.
Tentang Epic Powder Machinery
Mesin Bubuk Epik, yang berkantor pusat di Qingdao, Tiongkok, mengkhususkan diri dalam sistem penggilingan dan klasifikasi ultrafine. Kami merancang dan memproduksi peralatan canggih, termasuk jet mill dan air classifier mill, yang melayani industri seperti baterai lithium-ion. Dengan fokus pada kualitas dan inovasi, kami membantu Anda mengoptimalkan efisiensi dan konsistensi produksi.