Pil malzemeleri için öncül üretim teknolojisi

Katot malzemelerinin öncüllerinden bahsettiklerinde, birçok kişi hemen bileşimi düşünür - NCM, NCA, LFP. Ancak üretim teknolojisinin kendisi sadece tuzların bir reaktörde karıştırılmasından ibaret değil. Bu, hammaddeden kurutmaya kadar her adımın parçacıkların morfolojisini ve dolayısıyla pilin nihai özelliklerini etkilediği bir zincirdir. Yaygın bir hata, kristalizasyon ve topaklaşma parametrelerini gözden kaçırıp yalnızca kimyasalların saflığına odaklanmaktır. Huaxi Teknolojisi temelinde oluşturulan bir tasarım enstitüsü olarak Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd.'de, teorik olarak doğru bileşimin gerekli enerji yoğunluğunu veya döngü stabilitesini sağlamadığı 2013 yılından bu yana tam olarak bu tür nüanslarla karşı karşıyayız.

Hammaddeler ve ilk adımlar: bariz kusurun bulunduğu yer

Sıradan olanla başlayacağım: sülfatlar, nitratlar, hidroksitler - öncü tuzun seçimi sadece maliyete bağlı değildir. Örneğin nitratlar çökelme reaksiyonunun daha hızlı kinetiğini verir, ancak sıcaklık ve pH'ın sıkı kontrolünü gerektirir, aksi takdirde küresel agregatlar yerine iğne şeklinde bir çökelti elde edilir ve bu daha sonra elektrotun paketleme yoğunluğunu öldürür. Yizhi Technology olarak biz de bunu yaşadık; NCM 622'deki ilk projelerden biri tam olarak bununla karşılaştı. Laboratuvar numuneleri idealdi ancak pilot hatta büyütüldüğünde parçacıklar küreselliklerini kaybetti. Çözeltiyi reaktöre beslerken sorunun yerel konsantrasyon farklılıklarından kaynaklandığı ortaya çıktı - ekipmanın ideal karışımı sağlayacak zamanı yoktu.

Ve makalelerde sıklıkla atlanan bir nokta daha var: su kalitesi. Evet, deiyonize su standarttır. Ancak artık elektrik iletkenliği ve oksijen içeriği, sentez aşamasında manganez veya kobalt iyonlarının oksidasyonunu etkileyebilir. Değerlik stabilitesinin uzun çevrim ömrünün anahtarı olduğu yüksek nikel içerikli bileşikler için özellikle kritiktir. Chengdu'daki tesisimizde, akışı reaktöre beslemeden önce ilave hava giderme işlemi uyguladık; bu görünüşte önemsiz bir detaydı, ancak bu, kalsinasyon sonrasında bitmiş öncül maddedeki lityum içeriğindeki değişimi azaltmayı mümkün kıldı.

Tedarikçilerle de bir hikaye var. Tüm nikel veya kobalt sülfatlar eşit yaratılmamıştır. Sodyum, kalsiyum, magnezyum içeriği - hatta bu elementlerin eser miktarları bile son katot malzemesine geçebilir ve bozunma merkezleri olarak görev yapabilir. Bu nedenle enstitümüz her zaman yalnızca baz metaller için değil aynı zamanda safsızlıklar için de eksiksiz bir analiz paketi konusunda ısrarcıdır. Ve burada, Huaxi Technology'nin kimyasal teknolojilerdeki deneyimi çok faydalıdır; ham maddelerin derinlemesine saflaştırılması için belirli projelere uyarladığımız yöntemler geliştirdiler.

Sedimantasyon Reaktörü: Agregasyon Kontrolü Sanatı

Prosesin kalbi birlikte çöktürme reaktörüdür. Herkes pH'ı, sıcaklığı ve reaktif besleme hızını kontrol etmeyi bilir. Ancak çok az kişi tortunun karıştırıcıya ve duvarlara yapışması sorunu hakkında açıkça konuşuyor. Bu sadece bir ürün kaybı değil, aynı zamanda reaktördeki hidrodinamikteki bir değişikliktir ve bu da parçacıkların çoklu dağılımında bir artışa yol açar. Bazı testlerimizde yapışmayı en aza indirmek için bıçak malzemesi ve reaktör kaplamasıyla denemeler yapmak zorunda kaldık. Her zaman başarılı olmuyor; Teflon kaplamanın bir versiyonu sonunda mikro pullar halinde soyuldu ve ürünü kirletti.

Birincil nanokristallerin küresel ikincil parçacıklar halinde toplanması belki de en hassas noktadır. Karıştırma hızı, kompleks oluşturucu madde olarak amonyak konsantrasyonu, kalma süresi - her şey birbirine bağlıdır. Büyük topakları parçalamak için karıştırıcının hızını arttırırsınız, ancak aynı zamanda biriktirme kinetiğini de hızlandırırsınız ve parçacıklar çok yoğun ve düşük gözenekli hale gelir. Ve bu, kalsinasyon sırasında lityum karışımının emdirilmesi açısından kötüdür. İdeal bir öncü yalnızca bir küre değil, optimal iç yapıya sahip bir küredir. Bazı müşteriler için, aglomeratın gradyan yoğunluğunu (daha yoğun bir çekirdek ve gevşek bir kabuk) elde etmek amacıyla dar bir aralıkta pH'ta döngüsel değişikliklere sahip modlar geliştirdik.

Burada çevrimiçi izlemeden de bahsetmeye değer. pH ve redoks potansiyeli sensörlerinin kurulumu normdur. Ancak gerçekten kararlı bir süreç, lazer kırınımı gibi parçacık boyutunun gerçek zamanlı kontrolünü gerektirir. Bu pahalıdır ve her tesis bu kadar masrafa girmez. Yizhi Technology olarak pilot tesisimizde böyle bir sistem kullanıyoruz ve buradan elde edilen veriler, teknolojide hata ayıklamak için altın bir fon. Kontrolsüz toplanmanın başladığı anı veya tersine parçacık kırılmasını yakalamanızı sağlar.

Filtreleme, yıkama, kurutma: görünmez kalite kayıpları

Reaktörden sonra - öyle görünüyor ki mekanik. Ama hayır. Filtreleme ve yıkama, amonyağın yanı sıra sülfat veya nitrat iyonlarının uzaklaştırılmasıdır. Durulama etkisizse kalsinasyon sırasında kalan sülfatlar, lityum ile reaksiyona girerek parçacıkların yüzeyinde kapasite katili olan lityum sülfatlar oluşturabilen kükürt oksitler üretecektir. Sudan tasarruf etmek için yıkama döngüsünü kısaltmaya çalıştığımızda bununla karşılaştık. Tasarruflar geri tepti; öncü parti, katot üretildikten sonra yüksek bir empedans gösterdi. Filtrat iletkenliğini kontrol ederek çok aşamalı ters akımlı yıkamaya geri dönmek zorunda kaldık.

Kurutma başka bir kritik adımdır. Sprey kurutma standarttır. Ancak kurutma kulesinin giriş ve çıkışındaki sıcaklık yalnızca kalan nemi değil aynı zamanda halihazırda kurutulmuş parçacıkların topaklanma derecesini de belirler. Çok yüksek sıcaklık - parçacıklar sinterlenir ve daha sonra parçalanmayan sert topaklar oluşturur. Çok düşük - toz higroskopiktir ve depolama sırasında nem kazanır. Aglomeraların gevşek yapısını korumak amacıyla NCA öncüsü için rejimi seçmek için uzun zaman harcadık. Süspansiyonun atomizere beslenme yöntemi de önemlidir - nozüllerin tıkanması farklı boyutlarda damlacıklara ve bunun sonucunda da geniş bir parçacık boyutu dağılımına yol açar.

Ara ürünün depolanması ayrı bir tartışma konusudur. Öncü, özellikle nikel içerenler higroskopiktir. Çift polietilen astarlı ve inert atmosferli büyük torbalarda paketleme lüks değil zorunluluktur. Ortak işletmelerden birinde torbaların standartların altında bir depoda saklandığı bir durum vardı. Bir ay sonra, tozun nem içeriği %0,5 arttı, bu da topaklaşmaya ve bir sonraki adımda lityum içeren reaktifle karıştırmanın tekdüzeliğiyle ilgili sorunlara yol açtı.

Kalsinasyon ve sonraki dönüşümler

Öncünün kendisi henüz bir katot malzemesi değildir. Karışık bir hidroksit veya karbonattır. Anahtar adım, bir lityum tuzu (çoğunlukla Li2CO3 veya LiOH) ile katı faz reaksiyonudur. Burada öncünün üretim teknolojisi ne kadar iyi olduğunu gösteriyor. Parçacık boyutundaki heterojenlik veya artık safsızlıklar, eksik lityumlaşmaya veya yerel aşırı ısınmaya yol açar. Fırın, atmosfer (oksijen veya hava), sıcaklık profili hepsi önemlidir.

Projelerimizde enerji tasarrufu için kalsinasyon sıcaklığının düşürülmesi yönünde taleplerle sıklıkla karşılaşıyoruz. Ancak agresif biriktirme koşulları altında elde edilen yoğun, düşük gözenekli öncü parçacıklar için bu işe yaramayabilir; lityumun parçacık çekirdeğine yayılma zamanı olmayacaktır. Sonuç, granüllerin merkezinde lityum eksikliği olan bir malzemedir. Bu nedenle bazen sıcaklığın düşürülmesini değil, daha uygun bir morfoloji elde etmek amacıyla biriktirme işleminin kendisinin değiştirilmesini tavsiye etmek gerekli olabilir. Bu sistematik bir çalışmadır.

Kalsinasyon, kırma, sınıflandırma ve bazen kaplama sonrasında. Ve burada yine ara üretim aşamasında ortaya çıkan kusurlar ortaya çıkıyor. Kuruduktan sonra sert sinterlenmiş aglomeratlar varsa, kalsinasyondan sonra aynı sert topaklara dönüşecekler ve bunları istenilen fraksiyona eşit şekilde ezmek son derece zor olacaktır. Kaplama için alüminyum oksitle karıştırma da eşit olmayan bir şekilde olacaktır. Her şey zincirin başlangıcından başlar.

Son Düşünceler: Proje Yaklaşımı Neden Fark Yaratıyor?

Yani bir öncüyü üretme teknolojisi bir dizi tariften ibaret değil. Bu kimya, akışkanlar dinamiği, ısı ve kütle transferi ve malzeme bilimi arasındaki ilişkilerin anlaşılmasıdır. Herhangi bir aşamada yapılan bir hata, nihai ürüne musallat olur ve çoğu zaman bunun nedeni, meydana geldiği yerden başka bir yerde aranır. Bu nedenle Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd. Bir tasarım enstitüsü olarak çalışıyoruz - hammadde seçiminden bitmiş katot malzemesinin test edilmesine kadar tüm zinciri izleyebilir ve sorunun temel nedenini bulabiliriz.

120 milyon yuan'lık sermayemiz ve Huaxi Teknolojisi şeklindeki tabanımız, sadece teori geliştirmemize değil, aynı zamanda gerçek ekipman üzerinde pilot ölçeğe kadar testler yapmamıza da olanak tanıyor. Bu paha biçilemez. Düzinelerce makale okuyabilirsiniz, ancak yalnızca dozaj başarısız olduğunda reaktördeki süspansiyonun renginin nasıl değiştiğini gördüğünüzde veya farklı hatlardan gelen iki toz partisinin akışkanlığındaki farkı hissettiğinizde - ancak o zaman aynı profesyonel içgüdü ortaya çıkar.

Artık yeni bileşimler (yüksek nikelli NCM, kobalt içermeyen malzemeler) etrafında çok fazla gürültü var. Ancak bunların temeli hala aynı; yüksek kaliteli, tekrarlanabilir, mikro kontrollü bir öncü. Üretim teknolojisi üzerinde derinlemesine bir çalışma yapılmazsa, enerji yoğunluğu ve dayanıklılık hakkındaki tüm iddialı ifadeler kağıt üzerinde kalacaktır. Bahsettiğimiz başarısızlıklar da dahil olmak üzere deneyimlerimiz bunun en iyi kanıtıdır. Çalışma devam ediyor ve ana keşifler genellikle küçük, bariz olmayan eksikliklerin düzeltilmesinde yatıyor.