تصنيع المواد الإيجابية والسلبية

في تحضير مواد الأقطاب الكهربائية غير العضوية لبطاريات أيونات الليثيوم، يُعد تفاعل الحالة الصلبة عالي الحرارة الأكثر استخدامًا. تفاعل الطور الصلب عالي الحرارة: يشير إلى العملية التي تتفاعل فيها المواد المتفاعلة، بما في ذلك المواد الصلبة، لفترة زمنية محددة عند درجة حرارة معينة، وتُنتج تفاعلات كيميائية من خلال الانتشار المتبادل بين العناصر المختلفة، لإنتاج أكثر المركبات استقرارًا عند درجة حرارة معينة، بما في ذلك تفاعلات المواد الصلبة-الصلبة، وتفاعلات المواد الصلبة-الغازية، وتفاعلات المواد الصلبة-السائلة.

حتى مع استخدام طريقة السول-جيل، وطريقة الترسيب المشترك، والطريقة الحرارية المائية، والطريقة الحرارية الذوبانية، عادةً ما يتطلب الأمر تفاعل الطور الصلب أو التلبيد في الطور الصلب عند درجات حرارة عالية. ويرجع ذلك إلى أن مبدأ عمل بطارية أيون الليثيوم يتطلب أن تكون مادة قطبها قادرة على إدخال وإزالة الليثيوم الموجب بشكل متكرر، لذا يجب أن تتمتع بنيتها الشبكية بثبات كافٍ، مما يتطلب ارتفاع تبلور المواد الفعالة وانتظام بنيتها البلورية. يصعب تحقيق ذلك في درجات الحرارة المنخفضة، لذا فإن مواد أقطاب بطاريات أيون الليثيوم المستخدمة حاليًا تُحصل عليها أساسًا من خلال تفاعلات الحالة الصلبة عالية الحرارة.

يشتمل خط إنتاج معالجة المواد الكاثودية بشكل أساسي على نظام الخلط، ونظام التلبيد، ونظام التكسير، ونظام الغسيل بالماء (النيكل العالي فقط)، ونظام التعبئة والتغليف، ونظام نقل المسحوق، ونظام التحكم الذكي.

عند استخدام عملية الخلط الرطب في إنتاج مواد الكاثود لبطاريات الليثيوم أيون، غالبًا ما تُواجه مشاكل في التجفيف. ويؤدي اختلاف المذيبات المستخدمة في عملية الخلط الرطب إلى اختلاف عمليات التجفيف والمعدات. يوجد حاليًا نوعان رئيسيان من المذيبات المستخدمة في عملية الخلط الرطب: المذيبات غير المائية، وهي المذيبات العضوية مثل الإيثانول والأسيتون، إلخ؛ والمذيب المائي. تشمل معدات التجفيف المستخدمة في الخلط الرطب لمواد الكاثود لبطاريات الليثيوم أيون بشكل رئيسي: مجفف دوار بالتفريغ، ومجفف مشط تفريغ، ومجفف رش، ومجفف حزام تفريغ.

يعتمد الإنتاج الصناعي لمواد الكاثود لبطاريات الليثيوم أيون عادةً على عملية التلبيد بالحالة الصلبة عالية الحرارة، ويُعد فرن التلبيد هو معدّته الأساسية. تُخلط المواد الخام اللازمة لإنتاج مواد الكاثود لبطاريات الليثيوم أيون وتُجفف بالتساوي، ثم تُنقل إلى فرن التلبيد، ثم تُفرّغ من الفرن إلى عملية التكسير والتصنيف. لإنتاج مواد الكاثود، تُعدّ المؤشرات الفنية والاقتصادية، مثل درجة حرارة التحكم، وانتظام درجة الحرارة، والتحكم في الغلاف الجوي وانتظامه، والاستمرارية، والقدرة الإنتاجية، واستهلاك الطاقة، ودرجة أتمتة الفرن، بالغة الأهمية. حاليًا، تُعدّ أفران الدفع، والأفران الدوارة، والأفران الجرسية، من معدات التلبيد الرئيسية المستخدمة في إنتاج مواد الكاثود.

◼ فرن الأسطوانة هو فرن نفق متوسط ​​الحجم مع تسخين مستمر وتلبيد.

◼ وفقًا لأجواء الفرن، مثل فرن الدافع، يتم تقسيم فرن الأسطوانة أيضًا إلى فرن هوائي وفرن جوي.

• فرن الهواء: يستخدم بشكل أساسي في تلبيد المواد التي تتطلب جوًا مؤكسدًا، مثل مواد منجنات الليثيوم، ومواد أكسيد الكوبالت الليثيوم، والمواد الثلاثية، وما إلى ذلك؛
• فرن الغلاف الجوي: يستخدم بشكل أساسي للمواد الثلاثية NCA، ومواد فوسفات الحديد الليثيوم (LFP)، ومواد أنود الجرافيت ومواد التلبيد الأخرى التي تحتاج إلى حماية الغاز الجوي (مثل N2 أو O2).

يعتمد فرن الأسطوانة على عملية احتكاك دوارة، مما يضمن عدم تأثر طول الفرن بقوة الدفع. نظريًا، يمكن أن يكون طوله غير محدود. تتميز بنية تجويف الفرن بتماسك أفضل عند حرق المنتجات، كما أن حجم تجويف الفرن الكبير يُحسّن حركة تدفق الهواء داخل الفرن، ويساهم في تصريف المطاط وتفريغه. يُعد هذا الفرن الخيار الأمثل لاستبدال فرن الدفع لتحقيق إنتاج واسع النطاق.

◼ في الوقت الحاضر، يتم تلبيد أكسيد الكوبالت الليثيوم، الثلاثي، منجنات الليثيوم ومواد الكاثود الأخرى لبطاريات الليثيوم أيون في فرن أسطواني هوائي، بينما يتم تلبيد فوسفات حديد الليثيوم في فرن أسطواني محمي بالنيتروجين، ويتم تلبيد NCA في فرن أسطواني محمي بالأكسجين.