การผลิตวัสดุที่เป็นบวกและลบ

ในการเตรียมวัสดุอิเล็กโทรดอนินทรีย์สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ปฏิกิริยาโซลิดสเตตที่อุณหภูมิสูงมักใช้กันมากที่สุดปฏิกิริยาโซลิดเฟสอุณหภูมิสูง หมายถึง กระบวนการที่สารตั้งต้นรวมทั้งสารโซลิดเฟสทำปฏิกิริยาเป็นระยะเวลาหนึ่งที่อุณหภูมิหนึ่งและทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีโดยการแพร่กระจายร่วมกันระหว่างองค์ประกอบต่างๆ เพื่อให้ได้สารประกอบที่เสถียรที่สุดที่อุณหภูมิหนึ่ง รวมถึงปฏิกิริยาของแข็ง-ของแข็ง ปฏิกิริยาของแข็ง-ก๊าซ และปฏิกิริยาของแข็ง-ของเหลว

แม้ว่าจะใช้วิธีโซล-เจล วิธีการตกตะกอนร่วม วิธีไฮโดรเทอร์มอล และวิธีโซลโวเทอร์มอล แต่มักจะต้องใช้ปฏิกิริยาโซล-เจล หรือการเผาผนึกเฟสโซลิดที่อุณหภูมิสูงเนื่องจากหลักการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนต้องการให้วัสดุอิเล็กโทรดสามารถแทรกและถอด li+ ซ้ำๆ ได้ ดังนั้นโครงสร้างขัดแตะจึงต้องมีเสถียรภาพเพียงพอ ซึ่งกำหนดให้ความตกผลึกของวัสดุออกฤทธิ์ควรสูงและโครงสร้างผลึกควรสม่ำเสมอ .ซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะบรรลุผลภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิต่ำ ดังนั้นวัสดุอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้จริงในปัจจุบันจึงได้มาจากปฏิกิริยาโซลิดสเตตที่อุณหภูมิสูง

สายการผลิตแปรรูปวัสดุแคโทดส่วนใหญ่ประกอบด้วยระบบผสม ระบบเผาผนึก ระบบบด ระบบล้างน้ำ (เฉพาะนิกเกิลสูง) ระบบบรรจุภัณฑ์ ระบบลำเลียงผง และระบบควบคุมอัจฉริยะ

เมื่อใช้กระบวนการผสมแบบเปียกในการผลิตวัสดุแคโทดสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน มักจะประสบปัญหาในการทำให้แห้งตัวทำละลายต่างๆ ที่ใช้ในกระบวนการผสมแบบเปียกจะนำไปสู่กระบวนการและอุปกรณ์การทำให้แห้งที่แตกต่างกันปัจจุบันตัวทำละลายที่ใช้ในกระบวนการผสมแบบเปียกมีหลักๆ อยู่ 2 ชนิด ได้แก่ ตัวทำละลายที่ไม่ใช่น้ำ ได้แก่ ตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น เอทานอล อะซิโตน เป็นต้นตัวทำละลายน้ำอุปกรณ์อบแห้งสำหรับการผสมแบบเปียกของวัสดุแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่ประกอบด้วย: เครื่องอบแห้งแบบโรตารี่สุญญากาศ, เครื่องอบแห้งคราดสุญญากาศ, เครื่องพ่นสเปรย์, เครื่องอบแห้งแบบสายพานสุญญากาศ

การผลิตทางอุตสาหกรรมของวัสดุแคโทดสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักจะใช้กระบวนการสังเคราะห์การเผาผนึกโซลิดสเตตที่อุณหภูมิสูง โดยแกนหลักและอุปกรณ์สำคัญของมันคือเตาเผาผนึกวัตถุดิบสำหรับการผลิตวัสดุแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะถูกผสมและทำให้แห้งอย่างสม่ำเสมอ จากนั้นจึงบรรจุลงในเตาเผาสำหรับการเผาผนึก จากนั้นจึงขนออกจากเตาเผาเข้าสู่กระบวนการบดและจำแนกประเภทสำหรับการผลิตวัสดุแคโทด ตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจ เช่น อุณหภูมิควบคุมอุณหภูมิ ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ การควบคุมบรรยากาศและความสม่ำเสมอ ความต่อเนื่อง กำลังการผลิต การใช้พลังงาน และระดับการทำงานอัตโนมัติของเตาเผามีความสำคัญมากปัจจุบันอุปกรณ์เผาผนึกหลักที่ใช้ในการผลิตวัสดุแคโทด ได้แก่ เตาเผาแบบดัน เตาเผาลูกกลิ้ง และเตาระฆัง

◼ เตาเผาแบบลูกกลิ้งเป็นเตาเผาแบบอุโมงค์ขนาดกลางที่ให้ความร้อนและการเผาอย่างต่อเนื่อง

◼ ตามบรรยากาศของเตาเผา เช่น เตาเผาแบบดัน เตาเผาลูกกลิ้งก็แบ่งออกเป็นเตาเผาลมและเตาเผาบรรยากาศ

• เตาเผาลม: ส่วนใหญ่ใช้สำหรับวัสดุเผาผนึกที่ต้องการบรรยากาศออกซิไดซ์ เช่นวัสดุลิเธียมแมงกาเนต วัสดุลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ วัสดุแบบไตรภาค ฯลฯ
• เตาเผาบรรยากาศ: ส่วนใหญ่ใช้สำหรับวัสดุไตรภาค NCA วัสดุลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) วัสดุแอโนดกราไฟท์ และวัสดุเผาอื่น ๆ ที่ต้องการการป้องกันก๊าซบรรยากาศ (เช่น N2 หรือ O2)

◼ เตาเผาแบบลูกกลิ้งใช้กระบวนการเสียดสีแบบรีด ดังนั้นความยาวของเตาเผาจะไม่ได้รับผลกระทบจากแรงขับเคลื่อนตามทฤษฎีแล้ว มันสามารถไม่มีที่สิ้นสุดลักษณะของโครงสร้างโพรงเตาเผา ความสม่ำเสมอที่ดีขึ้นเมื่อเผาผลิตภัณฑ์ และโครงสร้างโพรงเตาเผาขนาดใหญ่เอื้อต่อการเคลื่อนตัวของการไหลของอากาศในเตาเผา และการระบายน้ำและการปล่อยยางของผลิตภัณฑ์เป็นอุปกรณ์ที่ต้องการใช้แทนเตาเผาแบบเร่งเพื่อให้ได้การผลิตขนาดใหญ่อย่างแท้จริง

◼ ปัจจุบัน ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ เทอร์นารี ลิเธียมแมงกาเนต และวัสดุแคโทดอื่น ๆ ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกเผาในเตาเผาแบบลูกกลิ้งอากาศ ในขณะที่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตถูกเผาในเตาเผาแบบลูกกลิ้งที่ป้องกันโดยไนโตรเจน และ NCA ถูกเผาในลูกกลิ้ง เตาเผาป้องกันด้วยออกซิเจน