อุปกรณ์หลักสำหรับการผลิตขั้วบวกซิลิกอน

ในกระบวนการผลิตแอโนดซิลิกอน การเลือกและกำหนดค่าอุปกรณ์พิเศษส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์และประสิทธิภาพการผลิต เมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตแอโนดกราไฟต์แบบดั้งเดิม อุปกรณ์การผลิตแอโนดซิลิกอนมีข้อกำหนดทางเทคนิคที่สูงกว่าและความแม่นยำในการควบคุมที่เข้มงวดกว่า ทั้งนี้ อุปกรณ์หลักของแอโนดซิลิกอน-ออกซิเจนและแอโนดซิลิกอน-คาร์บอนจะแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของกระบวนการ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้ยังสามารถใช้ร่วมกันได้กับอุปกรณ์ทั่วไปบางอย่าง

อุปกรณ์สำคัญและคุณลักษณะทางเทคนิคในการผลิตขั้วบวกซิลิกอน

ระบบเตาเผาแบบระเหิด

ระบบเตาเผาแบบระเหิดเป็นอุปกรณ์หลักในการเตรียมสารตั้งต้นของขั้วบวกซิลิคอน-ออกซิเจน ซึ่งใช้เป็นหลักในการสังเคราะห์ซิลิคอนออกไซด์ (SiOx) เตาเผาแบบระเหิดสมัยใหม่มักใช้การออกแบบแนวตั้งและมีพื้นที่ใช้งาน 2 ส่วน ส่วนล่างเป็นพื้นที่ให้ความร้อนซึ่งใช้การเหนี่ยวนำความถี่ปานกลางหรือการทำความร้อนด้วยแท่งซิลิคอน-โมลิบดีนัม อุณหภูมิสามารถสูงถึง 1,200 – 1,800°C ส่วนบนเป็นพื้นที่สะสมซึ่งติดตั้งแผ่นเก็บที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ อุณหภูมิการควบแน่นอยู่ภายในช่วง 400 – 800°C ผ่านระบบแลกเปลี่ยนความร้อน

เตาเผาแบบระเหิดทำงานในสภาพแวดล้อมสูญญากาศหรือแรงดันต่ำ (0.01 – 1000Pa) และต้องใช้กลุ่มปั๊มสูญญากาศประสิทธิภาพสูงและระบบควบคุมแรงดัน เตาเผาแบบระเหิดขั้นสูงยังผสานรวมระบบตรวจสอบออนไลน์ที่สามารถติดตามการกระจายของสนามอุณหภูมิและอัตราการระเหิดของวัสดุแบบเรียลไทม์เพื่อให้แน่ใจว่าองค์ประกอบ SiOx มีความสม่ำเสมอและเสถียร เตาเผาแบบระเหิดที่พัฒนาโดยสถาบันวิจัยเทคโนโลยีวิศวกรรมการอนุรักษ์พลังงานแห่งประเทศจีนใช้ซิลิกอนผลึกและทรายควอทซ์ที่เป็นขยะจากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นวัตถุดิบอย่างสร้างสรรค์ ช่วยลดต้นทุนและรีไซเคิลทรัพยากรได้

อุปกรณ์เตรียมนาโนซิลิคอน

อุปกรณ์เตรียมนาโนซิลิกอนมีความจำเป็นสำหรับการผลิตแอโนดซิลิกอน-คาร์บอน โดยขึ้นอยู่กับเส้นทางทางเทคนิค อุปกรณ์นี้แบ่งออกเป็นสองประเภทหลักๆ คือ ระบบ CVD (Chemical Vapor Deposition) และระบบ PVD (Physical Vapor Deposition) อุปกรณ์ผลิตนาโนซิลิกอน CVD ใช้ไซเลน (SiH4) เป็นวัตถุดิบในการทำปฏิกิริยาเพื่อเตรียมผงนาโนซิลิกอนด้วยการสลายตัวด้วยความร้อน อุปกรณ์ทั่วไปได้แก่ ระบบฟอกแหล่งก๊าซ ห้องปฏิกิริยา ระบบทำความร้อน ระบบบำบัดก๊าซไอเสีย และอุปกรณ์รวบรวม โดยทั่วไปห้องปฏิกิริยาจะออกแบบด้วยเตียงของเหลวหรือเตียงคงที่ ความแม่นยำในการควบคุมอุณหภูมิต้องอยู่ภายใน ± 5 °C

สายการผลิต CVD แบบความร้อนของ Zhongning Silicon Industry ซึ่งเป็นบริษัทในประเทศ สามารถผลิตผงซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูงในช่วง 20 – 100 นาโนเมตร โดยมีกำลังการผลิต 500 ตันต่อปี วิธีการ PVD ใช้เทคโนโลยีการระเหยและการควบแน่นของพลาสมา อุปกรณ์ที่เป็นตัวแทน เช่น อุปกรณ์วิธีการเฟสไอทางกายภาพของการระเหยและการควบแน่นของพลาสมาที่พัฒนาโดย Boqian New Materials ภายใต้แรงดันปกติ สามารถผลิตผงซิลิกอนทรงกลมที่มีขนาดอนุภาคต่ำกว่า 100 นาโนเมตร ซึ่งมีข้อดีคือมีความบริสุทธิ์สูงและขนาดอนุภาคที่สม่ำเสมอ

อุปกรณ์คอมโพสิตและการกระจายสำหรับขั้วลบที่เป็นซิลิกอน

อุปกรณ์แบบผสมและแบบกระจายมีบทบาทสำคัญในการทำงานของอิเล็กโทรดเชิงลบที่ทำจากซิลิกอน อุปกรณ์ดังกล่าวได้แก่ เครื่องผสมความเร็วสูง เครื่องบดทราย และระบบกระจายอัลตราโซนิก

สำหรับกระบวนการบดทรายของอิเล็กโทรดซิลิกอน-คาร์บอนเชิงลบ อุปกรณ์ที่ใช้กันทั่วไปคือเครื่องบดทรายแนวนอนที่มีตัวบดเซอร์โคเนียมออกไซด์หรือทังสเตนคาร์ไบด์ (ผสม 3 มม. และ 5 มม.) ความเข้มข้นและเวลาในการบดต้องแม่นยำตามลักษณะของวัสดุ อุปกรณ์คอมโพสิตที่พัฒนาโดย Shanghai Shanshan Technology ได้ผสมผสานการกระจายคลื่นอัลตราโซนิกเข้ากับกระบวนการบดทรายอย่างสร้างสรรค์ ประการแรก การบำบัดล่วงหน้าด้วยอัลตราโซนิกสามารถทำลายการรวมตัวของอนุภาคด้วยกำลังและเวลาที่สามารถปรับได้ จากนั้นการบดทรายและการกลั่นจะรักษาการประมวลผลและปรับปรุงเอฟเฟกต์การกระจายอย่างมีนัยสำคัญ

อุปกรณ์การอัดเม็ดและการอบแห้ง

อุปกรณ์การทำเม็ดและการทำให้แห้งใช้เพื่อแปลงผงนาโนซิลิกอนหรือซิลิกอนออกไซด์เป็นอนุภาครองที่เหมาะสมสำหรับการแปรรูปในภายหลัง อุปกรณ์การทำเม็ดที่ใช้กันทั่วไปที่สุดคือหอพ่นแห้ง หลังจากผสมสารละลายที่มีซิลิกอนกับสารยึดเกาะแล้ว หยดเล็กๆ จะถูกสร้างขึ้นผ่านเครื่องพ่นละออง ซึ่งจะทำให้แห้งอย่างรวดเร็วภายใต้ลมร้อน ระบบการทำเม็ดรองที่พัฒนาโดยสถาบันวิจัยวิศวกรรมและเทคโนโลยีการอนุรักษ์พลังงานแห่งประเทศจีนใช้เครื่องพ่นละอองและระบบหมุนเวียนลมร้อนที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อเตรียมอนุภาคที่สม่ำเสมอในช่วง 30 ถึง 50μm ซึ่งช่วยปรับปรุงการไหลของผงละเอียดได้อย่างมาก สำหรับระบบที่ใช้ตัวทำละลาย สามารถใช้เครื่องอบแห้งแบบสุญญากาศหรือเครื่องอบแห้งแบบจานได้ แต่ต้องใส่ใจกับปัญหาการป้องกันการระเบิดและการกู้คืนตัวทำละลาย เครื่องอัดเม็ดและการทำให้แห้งแบบฟลูอิไดซ์เบดรุ่นใหม่ที่รวมเทคโนโลยีฟลูอิไดเซชันและการพ่นเข้าด้วยกัน ทำให้มีประสิทธิภาพในการทำเม็ดที่สูงขึ้นและความแข็งแรงของอนุภาคที่ดีขึ้น เครื่องนี้กำลังได้รับการนำมาใช้ในการผลิตอิเล็กโทรดลบที่ใช้ซิลิกอนระดับไฮเอนด์อย่างค่อยเป็นค่อยไป

อุปกรณ์เคลือบและอบความร้อน

อุปกรณ์เคลือบและอบชุบด้วยความร้อนมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของอิเล็กโทรดลบที่ใช้ซิลิกอน ซึ่งรวมถึงระบบ CVD แบบฟลูอิไดซ์เบด เตาหมุน และเตาเผาแบบท่อ เครื่องปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์เบดมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอิเล็กโทรดลบซิลิกอน-ออกซิเจนแบบเคลือบคาร์บอน ผู้ปฏิบัติงานสามารถเคลือบชั้นคาร์บอนได้สม่ำเสมอโดยควบคุมความเร็วของก๊าซฟลูอิไดซ์อย่างแม่นยำ (เช่น การตั้งค่าเริ่มต้นที่ 8L/s) และสนามอุณหภูมิ (600 – 1000°C) ระบบฟลูอิไดซ์เบดขั้นสูงมีเครื่องอุ่นล่วงหน้า (ที่มีอุณหภูมิอุ่นล่วงหน้า ≥ 400°C) และตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานและลดความผันผวนของอุณหภูมิให้เหลือน้อยที่สุด

สำหรับการบำบัดด้วยคาร์บอนไนเซชันของอิเล็กโทรดลบซิลิคอน-คาร์บอน ผู้ผลิตมักใช้เตาหมุนที่ได้รับการปกป้องด้วยบรรยากาศหรือเตาเผาแบบแผ่นกด โดยทั่วไปจะทำงานในช่วงอุณหภูมิ 1,000 – 1,500°C โดยใช้เวลาในการบำบัด 2 – 5 ชั่วโมง ทีมงานของ Central South University ได้พัฒนาเทคโนโลยีซิลิคอนนาโนคริสตัลไลน์ที่ปรับปรุงข้อบกพร่องโดยใช้เตาเผาสำหรับการบำบัดด้วยความร้อนที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ พวกเขาควบคุมอัตราการให้ความร้อนและองค์ประกอบของบรรยากาศอย่างแม่นยำเพื่อนำโครงสร้างข้อบกพร่อง เช่น ความผิดพลาดในการเรียงซ้อนและนาโนทวินเข้าไปในขยะซิลิคอนผลึก ซึ่งช่วยปรับปรุงเสถียรภาพของวงจรของอิเล็กโทรดลบซิลิคอนได้อย่างมีนัยสำคัญ

อุปกรณ์หลังการประมวลผล

อุปกรณ์หลังการประมวลผลประกอบไปด้วยอุปกรณ์เฉพาะทางสำหรับการบด การเกรด การบำบัดพื้นผิว และการบรรจุหีบห่อ

เครื่องบดแบบเจ็ทมิลล์เป็นอุปกรณ์หลักสำหรับการบดละเอียดเป็นพิเศษ โดยหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของโลหะผ่านการออกแบบการชน และบดวัสดุให้มีขนาดอนุภาคตามที่ต้องการ (โดยปกติคือ D50 < 10μm) ระบบการจำแนกประเภทส่วนใหญ่ใช้เครื่องจำแนกประเภทอากาศเพื่อจำแนกประเภทอนุภาคอย่างแม่นยำโดยพิจารณาจากเส้นผ่านศูนย์กลางอากาศพลศาสตร์ อุปกรณ์ปรับสภาพพื้นผิว ได้แก่ เครื่องผสมที่ดัดแปลงและเครื่องเคลือบ ซึ่งใช้ในการเคลือบสารที่ใช้งานได้จริงบนพื้นผิวของวัสดุที่มีฐานเป็นซิลิกอน เครื่องล้างแม่เหล็กใช้เพื่อกำจัดสิ่งเจือปนโลหะที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการจัดการวัตถุดิบและกระบวนการผลิต โดยทั่วไปจะใช้การออกแบบการแยกด้วยแม่เหล็กแบบไล่ระดับหลายขั้นตอน อุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ต้องทำงานในบรรยากาศแห้งหรือสภาพแวดล้อมสุญญากาศเพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุที่มีฐานเป็นซิลิกอนดูดซับความชื้นและเกิดการออกซิไดซ์

ระบบควบคุมอัตโนมัติ

ระบบควบคุมอัตโนมัติทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการควบคุมของสายการผลิตอิเล็กโทรดเชิงลบที่ใช้ซิลิกอนสมัยใหม่ โดยรับผิดชอบการควบคุมและการรวบรวมข้อมูลร่วมกันของแต่ละกระบวนการ

ระบบควบคุมการรับข้อมูลทั่วไปประกอบด้วยโมดูลควบคุมอุณหภูมิและการไหลที่ตรวจสอบพารามิเตอร์สำคัญ เช่น อุณหภูมิปฏิกิริยาของเตาระเหิด อุณหภูมิการสะสมของโซนการสะสม อุณหภูมิปฏิกิริยาของชั้นฟลูอิไดซ์ และอุณหภูมิพรีฮีตเตอร์แบบเรียลไทม์ นอกจากนี้ ระบบยังรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูลการผลิต เช่น ผลผลิตของเตาระเหิด ปริมาณการป้อนของชั้นฟลูอิไดซ์ อัตราการไหลของแหล่งก๊าซ และปริมาณผลผลิต เพื่อปรับกระบวนการให้เหมาะสมและรับรองการตรวจสอบคุณภาพ โรงงานขั้นสูงยังใช้ MES (Manufacturing Execution System) และเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมเพื่อให้สามารถจัดการกระบวนการผลิตทั้งหมดได้แบบดิจิทัลและอัจฉริยะ

ตาราง: อุปกรณ์หลักและพารามิเตอร์ทางเทคนิคสำหรับการผลิตอิเล็กโทรดลบที่ใช้ซิลิกอน

ประเภทอุปกรณ์	หน้าที่หลัก	พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญ	ตัวแทนผู้ผลิต/เทคโนโลยี
ระบบเตาเผาแบบระเหิด	การสังเคราะห์และการสะสม SiOx	อุณหภูมิ 1200-1800°C แรงดัน 0.01-1000Pa	สถาบันวิจัยเทคโนโลยีวิศวกรรม CECEP
อุปกรณ์นาโน-ซิ CVD	การผลิตผงนาโนซิลิกอน	การสลายตัวของไซเลน ขนาดอนุภาค 20-100 นาโนเมตร	จงหนิง ซิลิคอน (บริษัทในเครือดูโอฟลูออไรด์)
อุปกรณ์ PVD นาโน-Si	การผลิตนาโนซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูง	การระเหย-ควบแน่นของพลาสมา ขนาดอนุภาค <100nm	วัสดุใหม่โบเคียน
ระบบกระจายทราย	คอมโพสิต Si/C และการปรับแต่ง	ตัวบด 3/5 มม. เวลาในการประมวลผล 1-3 ชม.	บริษัท เซี่ยงไฮ้ ชานชาน เทค
หอพ่นแกรนูเลชั่น	การเตรียมอนุภาครอง	ขนาดอนุภาค 30-50μm	ผู้ผลิตเฉพาะทางต่างๆ
ระบบฟลูอิไดซ์เบด CVD	การเคลือบคาร์บอน	อุณหภูมิ 600-1000°C ความเร็วแก๊ส 8L/s	เทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์
เตาเผาผนึกบรรยากาศ	การอบด้วยความร้อนด้วยคาร์บอนไนเซชัน	อุณหภูมิ 1000-1500°C ระยะเวลา 2-5 ชม.	ผู้ผลิตเฉพาะทางต่างๆ
ระบบการกัดและจำแนกประเภทด้วยเจ็ท	การบดละเอียดพิเศษและการจำแนกประเภท	D50<10μm การจำแนกหลายขั้นตอน	ผู้ผลิตเฉพาะทางในประเทศ/ต่างประเทศ

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอิเล็กโทรดเชิงลบที่ใช้ซิลิกอน อุปกรณ์การผลิตจึงพัฒนาไปสู่การออกแบบที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ต่อเนื่อง และชาญฉลาดมากขึ้น ตัวอย่างเช่น การออกแบบการป้อนอย่างต่อเนื่องสามารถแทนที่เตาเผาแบบระเหิดแบบแบตช์แบบดั้งเดิมได้ ชั้นของเหลวหลายชั้นที่ต่อกันเป็นชุดสามารถเคลือบชั้นฟังก์ชันต่างๆ ตามลำดับได้ การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการและการคาดการณ์คุณภาพสามารถใช้เทคโนโลยี AI ได้ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเหล่านี้จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต ความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์ และความสามารถในการแข่งขันด้านต้นทุนของอิเล็กโทรดเชิงลบที่ใช้ซิลิกอนให้ดียิ่งขึ้น เร่งการใช้งานในแบตเตอรี่พลังงานสูงในระดับขนาดใหญ่

เกี่ยวกับ Epic Powder Machinery

เครื่องจักรผงมหากาพย์ซึ่งตั้งอยู่ในเมืองชิงเต่า ประเทศจีน มีความเชี่ยวชาญด้านการบดละเอียดพิเศษและระบบการจำแนกประเภท เราออกแบบและผลิตอุปกรณ์ขั้นสูง รวมถึงเครื่องบดแบบเจ็ทและเครื่องบดแยกประเภทอากาศ ซึ่งให้บริการแก่กลุ่มอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ด้วยการเน้นที่คุณภาพและนวัตกรรม เราช่วยให้คุณเพิ่มประสิทธิภาพและความสม่ำเสมอของการผลิตได้อย่างเหมาะสมที่สุด