Silisyum bazlı anot üretim sürecinde, özel ekipmanın seçimi ve yapılandırması doğrudan ürün kalitesini ve üretim verimliliğini etkiler. Geleneksel grafit anot üretimine kıyasla, silisyum bazlı anot üretim ekipmanı daha yüksek teknik gereksinimlere ve daha sıkı kontrol doğruluğuna sahiptir. Silisyum-oksijen anotların ve silisyum-karbon anotların işlem özelliklerine bağlı olarak, çekirdek ekipmanları farklılık gösterir. Ancak, bazı genel ekipmanları da paylaşabilirler.
Silisyum bazlı anot üretiminde temel ekipman ve teknik özellikler
Süblimasyon fırın sistemi
Süblimasyon fırın sistemi, öncelikli olarak silisyum oksit (SiOx) sentezlemek için kullanılan silisyum-oksijen anot öncüllerini hazırlamak için kullanılan temel ekipmandır. Modern süblimasyon fırınları genellikle dikey bir tasarıma sahiptir ve iki işlevsel alana sahiptir. Alt kısım, orta frekanslı indüksiyon ısıtma veya silisyum-molibden çubuk ısıtma kullanan ısıtma alanıdır. Sıcaklıkları 1200 - 1800°C'ye ulaşabilir. Üst kısım, su soğutmalı bir toplama plakasıyla donatılmış biriktirme alanıdır. Yoğuşma sıcaklığı, ısı değişim sistemi aracılığıyla 400 - 800°C aralığındadır.
Süblimasyon fırını vakum veya düşük basınç ortamında (0,01 – 1000Pa) çalışır ve yüksek performanslı bir vakum pompası grubu ve bir basınç kontrol sistemi gerektirir. Gelişmiş süblimasyon fırınları ayrıca, SiOx bileşiminin düzgünlüğünü ve kararlılığını sağlamak için sıcaklık alanı dağılımını ve malzeme süblimleşme oranını gerçek zamanlı olarak izleyebilen bir çevrimiçi izleme sistemini de entegre eder. Çin Enerji Koruma Mühendisliği Teknolojisi Araştırma Enstitüsü tarafından geliştirilen süblimasyon fırını, hammadde olarak fotovoltaik atık kristal silisyum ve kuvars kumunu yenilikçi bir şekilde kullanarak maliyetleri düşürür ve kaynak geri dönüşümünü gerçekleştirir.
Nanosilikon hazırlama ekipmanı
Nanosilikon hazırlama ekipmanı, silikon-karbon anotların üretimi için olmazsa olmazdır. Teknik rotaya bağlı olarak, esas olarak iki kategoriye ayrılır: CVD (Kimyasal Buhar Biriktirme) sistemleri ve PVD (Fiziksel Buhar Biriktirme) sistemleri. CVD nanosilikon üretim ekipmanı, termal ayrıştırma yoluyla nanosilikon tozu hazırlamak için reaksiyon hammaddesi olarak silan (SiH4) kullanır. Tipik ekipman, bir gaz kaynağı arıtma sistemi, bir reaksiyon odası, bir ısıtma sistemi, bir kuyruk gazı arıtma sistemi ve bir toplama cihazını içerir. Reaksiyon odası tipik olarak akışkan yataklı veya sabit yataklı olarak tasarlanır. Sıcaklık kontrol doğruluğu ± 5 °C içinde olmalıdır.
Yerli bir şirket olan Zhongning Silicon Industry'nin termal CVD üretim hattı, yılda 500 ton üretim kapasitesiyle 20 - 100 nm aralığında yüksek saflıkta silikon tozu üretebilir. PVD yöntemi, plazma buharlaştırma ve yoğunlaştırma teknolojisini kullanır. Boqian New Materials tarafından normal basınç altında geliştirilen plazma buharlaştırma ve yoğunlaştırma fiziksel buhar fazı yöntemi cihazı gibi temsili ekipmanlar, 100 nm'nin altındaki parçacık boyutlarına sahip küresel silikon tozu üretebilir ve yüksek saflık ve düzgün parçacık boyutu avantajları sunar.
Silikon Bazlı Negatif Elektrotlar için Kompozit ve Dispersiyon Ekipmanları
Kompozit ve dispersiyon ekipmanları, silikon bazlı negatif elektrotların performansında önemli bir rol oynar. Ekipmanlar arasında yüksek hızlı karıştırıcılar, kum değirmenleri ve ultrasonik dispersiyon sistemleri bulunur.
Silisyum-karbon negatif elektrotların kum öğütme işlemi için yaygın olarak kullanılan ekipman, zirkonyum oksit veya tungsten karbür öğütme ortamına sahip yatay bir kum değirmenidir (3 mm ve 5 mm karışık). Öğütme yoğunluğu ve süresi, malzeme özelliklerine göre hassas olmalıdır. Shanghai Shanshan Technology tarafından geliştirilen kompozit ekipman, ultrasonik dispersiyonu kum öğütme işlemiyle yenilikçi bir şekilde birleştirir. İlk olarak, ultrasonik ön işlem, ayarlanabilir güç ve zamanla parçacık kümelenmesini parçalayabilir). Ardından kum öğütme ve rafine etme, işlemeyi sürdürecek ve dispersiyon etkisini önemli ölçüde iyileştirecektir.
Granülasyon ve Kurutma Ekipmanları
Granülasyon ve kurutma ekipmanı, nano-silikon veya silisyum oksit tozunu sonraki işleme uygun ikincil parçacıklara dönüştürmek için kullanılır. En yaygın kullanılan granülasyon ekipmanı püskürtmeli kurutma kulesidir. Silisyum içeren bulamaç bağlayıcı ile karıştırıldıktan sonra, bir atomizer aracılığıyla küçük damlacıklar oluşturulur. Sıcak hava altında hızla kurutulur. Çin Enerji Tasarrufu Mühendislik ve Teknoloji Araştırma Enstitüsü tarafından geliştirilen ikincil granülasyon sistemi, 30 ila 50 μm aralığında düzgün parçacıklar hazırlamak için özel olarak tasarlanmış bir atomizer ve sıcak hava sirkülasyon sistemi benimser ve ultra ince tozların akışkanlığını önemli ölçüde iyileştirir. Çözücü bazlı sistemler için vakumlu kurutucular veya disk kurutucular da kullanılabilir, ancak patlamaya dayanıklı ve çözücü geri kazanımı endişelerine dikkat edilmelidir. Yeni akışkan yataklı granülasyon ve kurutma hepsi bir arada makinesi, akışkanlaştırma ve püskürtme teknolojisini birleştirerek daha yüksek granülasyon verimliliği ve daha iyi parçacık mukavemeti sunar. Üst düzey silikon bazlı negatif elektrot üretiminde giderek benimsenmektedir.
Kaplama ve Isıl İşlem Ekipmanları
Kaplama ve ısıl işlem ekipmanları, silikon bazlı negatif elektrotların elektrokimyasal performansını iyileştirmede önemli bir rol oynar. Bunlara akışkan yataklı CVD sistemleri, döner fırınlar ve borulu fırınlar dahildir. Akışkan yataklı reaktörler, silikon-oksijen negatif elektrotların karbon kaplaması için özellikle etkilidir. Operatörler, akışkanlaştırıcı gaz hızını (örneğin 8L/s'lik bir başlangıç ayarı) ve sıcaklık alanını (600 – 1000°C) hassas bir şekilde kontrol ederek düzgün karbon tabakası birikimi elde eder. Gelişmiş akışkan yataklı sistemler, enerji tüketimini azaltan ve sıcaklık dalgalanmalarını en aza indiren ön ısıtıcılara (ön ısıtma sıcaklıkları ≥ 400°C) ve ısı eşanjörlerine sahiptir.
Silisyum-karbon negatif elektrotların karbonizasyon işlemi için, üreticiler genellikle atmosfer korumalı döner fırınlar veya itmeli plakalı fırınlar kullanırlar. Bunlar genellikle 1000 - 1500°C sıcaklık aralığında ve 2 - 5 saatlik bir işlem süresiyle çalışır. Central South University ekibi, özel olarak tasarlanmış bir ısıl işlem fırını kullanarak kusur-geliştirilmiş nanokristalin silisyum teknolojisini geliştirdi. Kristalin silisyum atıklarına istifleme hataları ve nanoikizler gibi kusurlu yapılar sokmak için ısıtma oranını ve atmosfer bileşimini hassas bir şekilde kontrol ederek silisyum negatif elektrotların çevrim kararlılığını önemli ölçüde iyileştirirler.
Son işlem ekipmanları
Son işlem ekipmanları kırma, sınıflandırma, yüzey işleme ve paketleme için özel ekipmanları içerir.
Jet değirmeni, ultra ince öğütme için ana akım ekipmandır. Çarpışma tasarımıyla metal kontaminasyonunu önler ve malzemeyi gerekli parçacık boyutuna (genellikle D50 < 10μm) ezer. Sınıflandırma sistemi, parçacıkları aerodinamik çaplarına göre doğru bir şekilde sınıflandırmak için ağırlıklı olarak hava sınıflandırıcıları kullanır. Yüzey işleme ekipmanları, silikon bazlı malzemelerin yüzeyine işlevsel kaplamalar uygulamak için kullanılan modifiye karıştırıcılar ve kaplama makinelerini içerir. Demagnetizatörler, genellikle çok aşamalı yüksek gradyanlı manyetik ayırma tasarımı kullanılarak, hammadde elleçleme ve üretim süreci sırasında ortaya çıkabilecek metal safsızlıklarını gidermek için kullanılır. Paketleme ekipmanı, silikon bazlı malzemelerin nemi emmesini ve oksitlenmesini önlemek için kuru bir atmosferde veya vakum ortamında çalışmalıdır.
Otomatik Kontrol Sistemi
Otomatik kontrol sistemi, her bir prosesin koordineli bir şekilde kontrol edilmesinden ve veri toplanmasından sorumlu olan modern bir silikon bazlı negatif elektrot üretim hattının sinir merkezi olarak hizmet vermektedir.
Tipik bir edinim kontrol sistemi, süblimasyon fırınının reaksiyon sıcaklığı, biriktirme bölgesinin biriktirme sıcaklığı, akışkan yatağın reaksiyon sıcaklığı ve ön ısıtıcı sıcaklığı gibi temel parametreleri gerçek zamanlı olarak izleyen sıcaklık ve akış kontrol modüllerini içerir. Sistem ayrıca, süblimasyon fırınının çıktısı, akışkan yatağın besleme miktarı, gaz kaynağı akış hızı ve çıktı miktarı gibi üretim verilerini toplar ve analiz ederek süreci optimize eder ve kalite izlenebilirliğini sağlar. Gelişmiş fabrikalar ayrıca tüm üretim sürecinin dijital ve akıllı yönetimini sağlamak için MES (Üretim Yürütme Sistemi) ve endüstriyel İnternet teknolojisini kullanır.
Tablo: Silikon Bazlı Negatif Elektrot Üretimi için Temel Ekipman ve Teknik Parametreler
| Ekipman Türü | Birincil İşlev | Temel Teknik Parametreler | Temsilci Üreticiler/Teknolojiler |
| Süblimasyon Fırın Sistemi | SiOx Sentezi ve Biriktirme | Sıcaklık 1200-1800°C, Basınç 0.01-1000Pa | CECEP Mühendislik Teknoloji Araştırma Enstitüsü |
| Nano-Si CVD Ekipmanı | Nano Silisyum Tozu Üretimi | Silan ayrışması, Parçacık boyutu 20-100nm | Zhongning Silicon (Duofluoride yan kuruluşu) |
| Nano-Si PVD Ekipmanları | Yüksek Saflıkta Nano Silikon Üretimi | Plazma buharlaşma-yoğunlaşma, Parçacık boyutu <100nm | Boqian Yeni Malzemeler |
| Kum Değirmeni Dağıtım Sistemi | Si/C Kompozit ve Rafine | Öğütme ortamı 3/5mm, İşleme süresi 1-3 saat | Şanghay Shanshan Teknolojisi |
| Sprey Granülasyon Kulesi | İkincil Parçacık Hazırlama | Parçacık boyutu 30-50μm | Çeşitli uzmanlaşmış üreticiler |
| Akışkan Yataklı CVD Sistemi | Karbon Kaplama İşlemi | Sıcaklık 600-1000°C, Gaz hızı 8L/s | Tescilli teknoloji |
| Atmosfer Sinterleme Fırını | Karbonizasyon Isıl İşlemi | Sıcaklık 1000-1500°C, Süre 2-5 saat | Çeşitli uzmanlaşmış üreticiler |
| Jet Öğütme ve Sınıflandırma Sistemi | Ultra İnce Öğütme ve Sınıflandırma | D50<10μm, Çok aşamalı sınıflandırma | Yurtiçi/Yurtdışı uzman üreticiler |
Silisyum bazlı negatif elektrot endüstrisinin hızla gelişmesiyle birlikte, üretim ekipmanları daha büyük ölçekli, sürekli ve daha akıllı tasarımlara doğru evriliyor. Örneğin, sürekli besleme tasarımları geleneksel toplu süblimasyon fırınlarının yerini alabilir. Seri halindeki çoklu akışkan yataklar, farklı işlevsel katmanların ardışık kaplamasını sağlayabilir. Proses parametresi optimizasyonu ve kalite tahmini, AI teknolojisini uygulayabilir. Bu teknolojik gelişmeler, silisyum bazlı negatif elektrotların üretim verimliliğini, ürün tutarlılığını ve maliyet rekabet gücünü daha da artıracak ve bunların yüksek kaliteli güç pillerinde büyük ölçekli uygulamalarını hızlandıracaktır.
Epic Powder Machinery Hakkında
Epik Toz MakinalarıÇin'in Qingdao kentinde bulunan , ultra ince öğütme ve sınıflandırma sistemleri konusunda uzmanlaşmıştır. Lityum iyon piller gibi endüstrilere hizmet eden jet değirmenleri ve hava sınıflandırıcı değirmenleri dahil olmak üzere gelişmiş ekipmanlar tasarlıyor ve üretiyoruz. Kalite ve inovasyona odaklanarak, üretim verimliliğini ve tutarlılığını optimize etmenize yardımcı oluyoruz.