¿Cuáles son los equipos clave para la industrialización del material catódico ternario para baterías de litio?
Común batería de iones de litio Los materiales catódicos son litio ácido de cobalto, litio ácido de manganeso, fosfato de hierro y litio. material catódico ternarioEl material de cátodo ternario tiene un coste más equilibrado, densidad de energía, ciclo y las ventajas de rendimiento de seguridad, y se convierten en la principal opción para los coches eléctricos, bicicletas eléctricas, y la selección de otros productos, especialmente en el campo de los turismos.
El rendimiento y el coste del material catódico ternario dependen principalmente de la selección de la tecnología de producción y de los equipos clave. En comparación con los de primera clase fabricantes de baterías de ión-litio en Japón y Corea del Sur, la tecnología de producción y el nivel de equipamiento de China distan mucho de los de Japón y Corea del Sur, que necesitan urgentemente una transformación y actualización. Entonces, ¿cuáles son los equipos clave utilizados en la producción de material catódico ternario?
Producción industrial de material catódico ternario
En la actualidad, la principal tecnología de producción utilizada en la producción industrial de material catódico ternario es: método de coprecipitación para preparar el precursor y, a continuación, mezclado con material catódico ternario de sinterización en fase sólida de fuente de litio.
Preparación del equipo de precursores clave
- La caldera de reacción
El reactor es el equipo central de la reacción de precursores. Las características estructurales del tamaño del cuerpo del reactor, la forma del agitador, el número y el tamaño de los deflectores, la existencia o no de un tubo de desviación, la posición de alimentación, la existencia o no de un dispositivo de refuerzo afectarán a la densidad, la morfología, la superficie específica, el grado de cristalización, el tamaño de las partículas y la distribución del precursor.
- Equipos de filtración y lavado
La función del equipo de filtración y lavado es lograr la separación sólido-líquido de la pasta de precursor obtenida por la reacción, y luego el líquido de lavado se utiliza para lavar la torta de filtración de precursor, y eliminar los iones de sulfato, cloruro y sodio que quedan en la torta de filtración.
En la actualidad, la mayoría de los fabricantes de precursores utilizan equipos integrados de filtración y lavado, que incluyen principalmente filtros prensa, centrifugadoras, filtros microporosos, equipos "dos en uno" de filtración y lavado, etc.
- Equipo de secado
El proceso de secado determina el contenido de humedad de los productos precursores y tiene un cierto impacto en la estructura cristalina. Por tanto, es un proceso importante. La correcta selección del equipo de secado está directamente relacionada con la calidad del producto, el entorno operativo y el coste de producción. La temperatura de secado de la torta de filtración de precursores en el aire debe ser inferior a 150℃. Cuando la temperatura alcanza 400℃, el precursor se oxida a óxido trivalente.
En la actualidad, los equipos de secado de precursores más utilizados son el horno de circulación de aire caliente, el secador de disco, el secador flash, el secador de tambor rotativo, etc.
Equipo clave para la producción de material catódico ternario
- Equipos de mezcla
En la producción de material catódico ternario, la mezcla consiste en añadir una proporción estequiométrica de sales de litio, precursores y aditivos en el equipo de mezcla para conseguir una mezcla uniforme. La uniformidad afectará a la uniformidad del litio y los aditivos en el proceso de sinterización, afectará directamente al grado de cristalización y álcali residual del material catódico ternario, lo que finalmente se refleja en las propiedades eléctricas.
La estabilidad de la proporción final de litio del material catódico ternario depende de la precisión del pesaje de la materia prima y la uniformidad depende del efecto de mezcla de la mezcladora.
La mezcla se divide generalmente en mezcla húmeda y mezcla seca, el material catódico ternario suele adoptar la mezcla seca. En la actualidad, el equipo de mezcla de material de cátodo ternario comúnmente utilizado es mezclador inclinado, mezclador de alta velocidad, mezclador tipo V, mezclador de vuelo de cuchillo de arado y así sucesivamente.
- Equipo de sinterización
El equipo de sinterización es el equipo central para la preparación de material catódico ternario, y se refiere principalmente al horno. Su estructura tiene una gran influencia en las propiedades físicas y electroquímicas del material catódico ternario. En la actualidad, la producción industrial de material catódico ternario adopta principalmente el horno de placas de empuje y el horno de rodillos, entre los cuales el horno de rodillos es el más utilizado.
La temperatura de sinterización del material catódico ternario es el parámetro más importante del proceso, que puede afectar a la mayoría de las propiedades del material. Por lo tanto, el material de cátodo ternario tiene altos requisitos de estabilidad y precisión de la temperatura del horno, y el sistema de control de temperatura es crucial para la sinterización de material de cátodo ternario.
- Equipos de trituración
En la producción de material catódico ternario, debido a la aglomeración y adhesión entre las partículas de material sinterizado, es necesario utilizar equipos de trituración para disociar el material sinterizado, con el fin de controlar el tamaño de las partículas y la distribución del polvo. El tamaño de las partículas y su distribución afectan a la superficie específica, la densidad de vibración, la densidad de compactación, el rendimiento de mecanizado y el rendimiento electroquímico del material catódico ternario, que son muy importantes para la calidad de los productos acabados.
La trituración de material catódico ternario es generalmente el material de sinterización para la trituración gruesa, y luego la molienda. El equipo de trituración gruesa generalmente utiliza trituradora de mandíbula o trituradora de rodillos; El equipo de molienda generalmente adopta molino de aire, molino mecánico, molino coloidal, que determina directamente el grado de trituración del material de cátodo ternario.
- Equipos de eliminación de hierro
Los cuerpos extraños metálicos en los materiales terpoliméricos deben controlarse a un nivel de decenas de PPB (1ppb=1×10-9m). Un exceso de cuerpos extraños metálicos provocará una elevada tasa de autodescarga de las pilas e incluso afectará a la seguridad de las pilas de iones de litio.
Los cuerpos extraños metálicos del material catódico ternario proceden principalmente de las materias primas y del desgaste de los equipos en el proceso de producción, y son principalmente impurezas metálicas magnéticas, especialmente hierro metálico. Por lo tanto, el proceso de producción necesita eliminar el hierro una vez o incluso muchas veces para los productos acabados. Los equipos de eliminación de hierro más utilizados son el eliminador de hierro electromagnético y el eliminador de hierro de imán permanente.
La mejora de la calidad del desarrollo de la industria de baterías de iones de litio no puede dejar el material, en general, el material de cátodo ternario para desarrollar en la dirección de alto níquel.El material ternario de alto níquel tiene mayores requisitos sobre el medio ambiente, la atmósfera del equipo de proceso.
La línea de producción debe alcanzar un mayor nivel de automatización, especialmente en el taller de producción es necesario reforzar el control de la temperatura y la atmósfera de humedad. El equipo de industrialización de material catódico ternario se desarrollará gradualmente en la dirección de la inteligencia, gran capacidad, bajo consumo de energía y respeto al medio ambiente, con el fin de satisfacer los requisitos de alto rendimiento y bajo coste de material catódico ternario para baterías de energía.
Compare las diferencias entre las empresas de material catódico ternario
En la siguiente parte, hablaremos de las diferencias entre las empresas de materiales catódicos ternarios desde la perspectiva de la investigación y el desarrollo de patentes.
El proceso de modificación del cátodo tiene fuertes propiedades no estándar
Debido a las características estructurales del material catódico ternario, la densidad de energía aumenta con el incremento del contenido de níquel, pero la estabilidad cíclica y la estabilidad térmica empeoran.
La industria siempre ha estudiado cómo conseguir el equilibrio entre densidad energética, rendimiento cíclico y estabilidad térmica. El recubrimiento de la superficie, el dopaje, el cristal único y el control de la estructura (estructura de concha central, concentración gradiente) compensan en cierta medida las deficiencias del material catódico ternario.
La combinación y aplicación de cada proceso de modificación refleja los atributos no estándar de los productos de la industria, y cada fabricante de cátodos tiene sus propias soluciones únicas. La acumulación de ventajas especiales del proceso de modificación acabará reflejándose en la diferencia de calidad del producto, que constituye la barrera de competencia de las empresas líderes.
Entre ellos, el proceso ternario de modificación de cátodos más utilizado es el proceso de recubrimiento y dopaje, y su principio y función se presentan brevemente:
El recubrimiento superficial puede estabilizar eficazmente la estructura del material de alto contenido en níquel. Al reducir el área de contacto entre el material del electrodo y el electrolito, la tecnología de revestimiento superficial puede reducir la reacción lateral entre la impureza de la superficie del material y el electrolito, mejorar la conductividad electrónica de la superficie del material del cátodo ternario y mejorar la estabilidad cíclica del material. Entre los materiales de revestimiento superficial más comunes se encuentran el óxido metálico, el fosfato y otros materiales de electrodo estables.
Según el análisis experimental, la estabilidad cíclica y la estabilidad térmica de los materiales de alto contenido en Ni mejoran significativamente mediante el recubrimiento superficial. Se compararon y analizaron las propiedades químicas de NCM811 sin recubrir y NCM811 recubierto por nanocapas de Li2MnO3 :
(1) la velocidad de difusión de iones de litio del NCM811 recubierto fue mayor, por lo que mostró una mayor multiplicidad; (2) la temperatura de descomposición térmica del NCM811 modificado es de 256,2 grados, superior a la del NCM811 puro 242,6 grados, lo que indica que el NCM811 modificado es beneficioso para mejorar la estabilidad térmica del material; (3) la estabilidad cíclica del NCM811 mejoró significativamente tras el recubrimiento porque el proceso de recubrimiento redujo eficazmente la reacción entre las impurezas superficiales del NCM811 y el electrolito.
El proceso de dopaje mejorado puede mejorar significativamente la estabilidad cíclica de los materiales de alto contenido en Ni. La conductividad electrónica y la estabilidad cíclica del material catódico ternario pueden mejorarse mezclando algunos iones metálicos o no metálicos en la red del material catódico ternario. Los elementos dopantes comunes son Al, Mg, Ti, Zr, etc.
El tamaño de las partículas del material catódico ternario dopado con iones de cobre disminuye significativamente. Los experimentos muestran que las propiedades de ciclado y duplicación de NCM811 mejoran significativamente dopando la cantidad adecuada de iones de cobre: la capacidad específica de descarga aumenta de 129,1mah /g a 157,29mAh/g tras 100 ciclos a una tasa de 1C, y la tasa de retención de capacidad aumenta de 64,6% a 84,9%.
El material catódico ternario representa a las empresas
En esta parte presentaremos a las empresas representantes de materiales catódicos ternarios comparando su capacidad de I+D y sus patentes.
Desde la perspectiva del número acumulado de patentes de las empresas de cátodos, Easpring Technology y B & M Technology han acumulado una profunda acumulación en el número total de solicitudes de patentes y solicitudes de patentes de invención, mientras que Ronbay New Energy, fundada en 2014, se queda atrás en el número de patentes debido a su corta historia. Sin embargo, Ronbay ya ha superado a las anteriores Changyuan Lico y Zhenhua E-chem, y está alcanzando rápidamente a Easpring Technology y B & M Technology.
XTC New Energy también lleva poco tiempo establecida. La mayoría de sus patentes existentes se han concedido a Xiamen Tungsten, pero también ha mostrado un buen impulso de crecimiento de patentes en los últimos 20 años.
Desde la perspectiva de la inversión en I+D de cada empresa de materiales catódicos, el nivel de inversión total de Ronbay, Easpring y Changyuan Lico es similar, y el de Xiamen Tungsten es superior al de sus rivales. Además, la empresa principal se encuentra en los dos campos del ácido de cobalto de litio y los materiales ternarios, en los que se da prioridad al coste unitario del ácido de cobalto de litio, lo que se traduce en unos costes de consumo de materiales de I+D más elevados.
En cuanto al personal de I+D, Ronbay Technology cuenta con más de 300 personas, por delante de otros competidores. En cuanto al salario medio del personal de I+D, Ronbay, Easpring y Changyuan Lico rondan los 200.000 rmb/año, por delante de Zhenhua New Material y Xia-Tungsten New Energy.
