बैटरी सामग्री के लिए अग्रदूत के उत्पादन के लिए प्रौद्योगिकी

जब वे कैथोड सामग्री के अग्रदूतों के बारे में बात करते हैं, तो कई लोग तुरंत संरचना के बारे में सोचते हैं - एनसीएम, एनसीए, एलएफपी। लेकिन उत्पादन तकनीक में केवल रिएक्टर में नमक मिलाना ही शामिल नहीं है। यह एक श्रृंखला है जहां कच्चे माल से सुखाने तक प्रत्येक चरण, कणों की आकृति विज्ञान को प्रभावित करता है, और इसलिए बैटरी की अंतिम विशेषताओं को प्रभावित करता है। एक सामान्य गलती केवल रसायनों की शुद्धता पर ध्यान केंद्रित करना है, जबकि क्रिस्टलीकरण और ढेर के मापदंडों को नजरअंदाज करना है। चेंग्दू यिझी टेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड में, हुआक्सी टेक्नोलॉजी के आधार पर बनाए गए एक डिजाइन संस्थान के रूप में, हमें 2013 से ऐसी ही बारीकियों का सामना करना पड़ा है - जब सैद्धांतिक रूप से सही संरचना आवश्यक ऊर्जा घनत्व या चक्र स्थिरता प्रदान नहीं करती थी।

कच्चा माल और पहला कदम: जहां स्पष्ट दोष है

मैं साधारण से शुरू करूंगा: सल्फेट्स, नाइट्रेट्स, हाइड्रॉक्साइड्स - पूर्ववर्ती नमक की पसंद न केवल लागत पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, नाइट्रेट, अवक्षेपण प्रतिक्रिया की तेज़ गतिकी देते हैं, लेकिन तापमान और पीएच के सख्त नियंत्रण की आवश्यकता होती है, अन्यथा, गोलाकार समुच्चय के बजाय, एक सुई के आकार का अवक्षेप प्राप्त होता है, जो इलेक्ट्रोड के पैकिंग घनत्व को समाप्त कर देता है। यिझी टेक्नोलॉजी में हम इससे गुजरे - एनसीएम 622 की शुरुआती परियोजनाओं में से एक में इसी पर काम हुआ। प्रयोगशाला के नमूने आदर्श थे, लेकिन जब पायलट लाइन पर स्केल किया गया, तो कणों ने अपनी गोलाकारता खो दी। यह पता चला कि रिएक्टर में समाधान डालते समय समस्या स्थानीय सांद्रता अंतर में थी - उपकरण के पास आदर्श मिश्रण सुनिश्चित करने का समय नहीं था।

और यहाँ एक और बिंदु है जो अक्सर लेखों में छूट जाता है: पानी की गुणवत्ता। हाँ, विआयनीकृत जल मानक है। लेकिन इसकी अवशिष्ट विद्युत चालकता और ऑक्सीजन सामग्री संश्लेषण चरण में मैंगनीज या कोबाल्ट आयनों के ऑक्सीकरण को प्रभावित कर सकती है। उच्च निकल सामग्री वाले यौगिकों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण जहां वैलेंस स्थिरता लंबे चक्र जीवन की कुंजी है। चेंग्दू में हमारी साइट पर, हमने रिएक्टर में डालने से पहले प्रवाह का अतिरिक्त विचलन पेश किया - एक प्रतीत होता है महत्वहीन विवरण, लेकिन इससे कैल्सीनेशन के बाद तैयार अग्रदूत में लिथियम सामग्री में भिन्नता को कम करना संभव हो गया।

और आपूर्तिकर्ताओं के साथ भी एक कहानी है। सभी निकल या कोबाल्ट सल्फेट समान नहीं बनाए गए हैं। सोडियम, कैल्शियम, मैग्नीशियम की सामग्री - यहां तक ​​कि इन तत्वों की थोड़ी मात्रा भी अंतिम कैथोड सामग्री में स्थानांतरित हो सकती है और गिरावट केंद्र के रूप में कार्य कर सकती है। इसलिए, हमारा संस्थान हमेशा न केवल आधार धातुओं के लिए, बल्कि अशुद्धियों के लिए भी विश्लेषण के पूर्ण पैकेज पर जोर देता है। और यहां, रासायनिक प्रौद्योगिकियों में हुआक्सी टेक्नोलॉजी का अनुभव बहुत मददगार है - उन्होंने कच्चे माल की गहरी शुद्धि के लिए तरीके विकसित किए हैं, जिन्हें हम विशिष्ट परियोजनाओं के लिए अनुकूलित करते हैं।

अवसादन रिएक्टर: एकत्रीकरण नियंत्रण की कला

इस प्रक्रिया का हृदय सह-वर्षा रिएक्टर है। पीएच, तापमान और अभिकर्मक आपूर्ति गति को नियंत्रित करने के बारे में हर कोई जानता है। लेकिन स्टिरर और दीवारों पर चिपकी तलछट की समस्या के बारे में कम ही लोग खुलकर बात करते हैं। यह सिर्फ उत्पाद का नुकसान नहीं है - यह रिएक्टर में हाइड्रोडायनामिक्स में बदलाव है, जिससे कणों की बहुविस्तारता में वृद्धि होती है। हमारे कुछ परीक्षणों में हमें आसंजन को कम करने के लिए ब्लेड सामग्री और रिएक्टर कोटिंग के साथ प्रयोग करना पड़ा। हमेशा सफल नहीं - टेफ्लॉन कोटिंग का एक संस्करण अंततः माइक्रोफ्लेक्स में छिल गया और उत्पाद को दूषित कर दिया।

गोलाकार माध्यमिक कणों में प्राथमिक नैनोक्रिस्टल का एकत्रीकरण शायद सबसे नाजुक बिंदु है। मिश्रण की गति, एक जटिल एजेंट के रूप में अमोनिया की सांद्रता, निवास का समय - सब कुछ आपस में जुड़ा हुआ है। ऐसा होता है कि आप बड़े समूह को तोड़ने के लिए मिक्सर की गति बढ़ा देते हैं, लेकिन साथ ही आप जमाव की गतिशीलता को भी तेज कर देते हैं, और कण कम सरंध्रता के साथ बहुत घने हो जाते हैं। और यह कैल्सीनेशन के दौरान लिथियम मिश्रण के साथ संसेचन के लिए खराब है। एक आदर्श अग्रदूत सिर्फ एक गोला नहीं है, यह एक इष्टतम आंतरिक संरचना वाला एक गोला है। कुछ ग्राहकों के लिए, हमने विशेष रूप से एक संकीर्ण सीमा में पीएच में चक्रीय परिवर्तन के साथ मोड विकसित किए हैं ताकि समूह का एक ढाल घनत्व प्राप्त किया जा सके - एक सघन कोर और एक ढीला खोल।

यहां ऑनलाइन मॉनिटरिंग का भी जिक्र करना जरूरी है। पीएच और रेडॉक्स संभावित सेंसर की स्थापना आदर्श है। लेकिन वास्तव में स्थिर प्रक्रिया के लिए कण आकार के वास्तविक समय नियंत्रण की आवश्यकता होती है, जैसे कि लेजर विवर्तन। यह महंगा है, और हर पौधे पर इतना खर्च नहीं होता। यिझी टेक्नोलॉजी में, हम अपने पायलट प्लांट में ऐसी प्रणाली का उपयोग करते हैं, और इससे प्राप्त डेटा प्रौद्योगिकी को डीबग करने के लिए एक सुनहरा फंड है। आपको अनियंत्रित एकत्रीकरण या, इसके विपरीत, कण कुचलने की शुरुआत के क्षण को पकड़ने की अनुमति देता है।

छानना, धोना, सुखाना: अदृश्य गुणवत्ता हानि

रिएक्टर के बाद - ऐसा प्रतीत होता है, यांत्रिकी। लेकिन कोई नहीं। निस्पंदन और धुलाई में सल्फेट या नाइट्रेट आयनों के साथ-साथ अमोनिया को भी हटाया जाता है। यदि धोना अप्रभावी है, तो कैल्सीनेशन के दौरान अवशिष्ट सल्फेट्स सल्फर ऑक्साइड का उत्पादन करेंगे, जो कणों की सतह पर लिथियम सल्फेट्स बनाने के लिए लिथियम के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं - एक क्षमता हत्यारा। हमें इसका सामना तब करना पड़ा जब हमने पानी बचाने के लिए फ्लश चक्र को छोटा करने की कोशिश की। बचत का उल्टा असर हुआ - कैथोड के निर्माण के बाद पूर्ववर्ती बैच ने उच्च प्रतिबाधा दिखाई। हमें फ़िल्टर चालकता के नियंत्रण के साथ मल्टी-स्टेज काउंटरकरंट वॉशिंग पर लौटना पड़ा।

सुखाना एक और महत्वपूर्ण कदम है। स्प्रे से सुखाना मानक है। लेकिन सुखाने वाले टॉवर के इनलेट और आउटलेट पर तापमान न केवल अवशिष्ट नमी निर्धारित करता है, बल्कि पहले से ही सूखे कणों के ढेर की डिग्री भी निर्धारित करता है। बहुत अधिक तापमान - कण सिकुड़ते हैं, कठोर गांठें बनाते हैं जो फिर टूटती नहीं हैं। बहुत कम - पाउडर हीड्रोस्कोपिक है और भंडारण के दौरान नमी प्राप्त करता है। हमने समूह की ढीली संरचना को संरक्षित करने के लिए एनसीए अग्रदूत के लिए शासन का चयन करने में काफी समय बिताया। एटमाइज़र को सस्पेंशन की आपूर्ति करने की विधि भी महत्वपूर्ण है - नोजल के बंद होने से विभिन्न आकारों की बूंदें निकलती हैं और परिणामस्वरूप, कण आकार का व्यापक वितरण होता है।

मध्यवर्ती उत्पाद का भंडारण एक अलग चर्चा का विषय है। अग्रदूत हीड्रोस्कोपिक है, विशेष रूप से वे जिनमें निकेल होता है। डबल पॉलीथीन लाइनर और निष्क्रिय वातावरण वाले बड़े बैग में पैकेजिंग एक आवश्यकता है, विलासिता नहीं। साझेदार उद्यमों में से एक में एक मामला था जहां बैग एक घटिया गोदाम में संग्रहीत किए गए थे। एक महीने के बाद, पाउडर की नमी की मात्रा 0.5% बढ़ गई, जिससे अगले चरण में लिथियम युक्त अभिकर्मक के साथ मिश्रण की एकरूपता के साथ गांठें और समस्याएं पैदा हुईं।

कैल्सीनेशन और उसके बाद के परिवर्तन

अग्रदूत स्वयं अभी तक कैथोड सामग्री नहीं है। यह एक मिश्रित हाइड्रॉक्साइड या कार्बोनेट है। मुख्य चरण लिथियम नमक (अक्सर Li2CO3 या LiOH) के साथ एक ठोस-चरण प्रतिक्रिया है। यहां पूर्ववर्ती की उत्पादन तकनीक से पता चलता है कि यह कितना अच्छा था। कण आकार या अवशिष्ट अशुद्धियों में विविधता के कारण अपूर्ण लिथियेशन या स्थानीय अति ताप होता है। ओवन, वातावरण (ऑक्सीजन या वायु), तापमान प्रोफ़ाइल सभी महत्वपूर्ण हैं।

हमारी परियोजनाओं में, हमें अक्सर ऊर्जा बचाने के लिए कैल्सीनेशन तापमान को कम करने के अनुरोध मिलते हैं। लेकिन आक्रामक जमाव स्थितियों के तहत प्राप्त घने, कम-छिद्र वाले अग्रदूत कणों के लिए, यह काम नहीं कर सकता है - लिथियम को कण कोर में फैलने का समय नहीं मिलेगा। परिणाम कणिकाओं के केंद्र में लिथियम की कमी वाला एक पदार्थ है। इसलिए, कभी-कभी अधिक उपयुक्त आकृति विज्ञान प्राप्त करने के लिए तापमान को कम नहीं करने, बल्कि जमाव प्रक्रिया को संशोधित करने की सिफारिश करना आवश्यक होता है। यह व्यवस्थित कार्य है.

कैल्सीनेशन, क्रशिंग, वर्गीकरण और कभी-कभी कोटिंग के बाद। और यहां फिर से पूर्ववर्ती उत्पादन चरण में पेश की गई खामियां सामने आती हैं। यदि सूखने के बाद कठोर पापयुक्त समूह थे, तो वे कैल्सीनेशन के बाद उसी कठोर गांठ में बदल जाएंगे, और उन्हें वांछित अंश तक समान रूप से कुचलना बेहद मुश्किल होगा। कोटिंग के लिए एल्यूमीनियम ऑक्साइड के साथ मिश्रण भी असमान होगा। सब कुछ श्रृंखला की शुरुआत से शुरू होता है।

अंतिम विचार: परियोजना दृष्टिकोण में अंतर क्यों आता है

इसलिए, अग्रदूत के उत्पादन की तकनीक व्यंजनों का एक सेट नहीं है। यह रसायन विज्ञान, द्रव गतिकी, ऊष्मा और द्रव्यमान स्थानांतरण और सामग्री विज्ञान के बीच संबंधों की समझ है। किसी भी स्तर पर कोई त्रुटि अंतिम उत्पाद को परेशान करने के लिए वापस आ जाएगी, और अक्सर इसका कारण जहां यह घटित हुआ था उसके अलावा किसी अन्य स्थान पर खोजा जाता है। यही कारण है कि चेंगदू यिझी टेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड, हम एक डिजाइन संस्थान के रूप में काम करते हैं - हम कच्चे माल के चयन से लेकर तैयार कैथोड सामग्री के परीक्षण तक पूरी श्रृंखला का पता लगा सकते हैं, और समस्या का मूल कारण ढूंढ सकते हैं।

120 मिलियन युआन की हमारी पूंजी और हुआक्सी टेक्नोलॉजी के रूप में आधार हमें न केवल सिद्धांत बनाने की अनुमति देता है, बल्कि पायलट पैमाने तक वास्तविक उपकरणों पर परीक्षण करने की भी अनुमति देता है। यह अमूल्य है. आप दर्जनों लेख पढ़ सकते हैं, लेकिन केवल जब आप देखते हैं कि खुराक विफल होने पर रिएक्टर में निलंबन का रंग कैसे बदलता है, या आप अलग-अलग लाइनों से आए पाउडर के दो बैचों की प्रवाह क्षमता में अंतर महसूस करते हैं - तभी वही पेशेवर प्रवृत्ति दिखाई देती है।

अब नई रचनाओं - उच्च-निकल एनसीएम, कोबाल्ट-मुक्त सामग्री - को लेकर बहुत शोर है। लेकिन उनके लिए आधार अभी भी वही है - एक उच्च-गुणवत्ता, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य, सूक्ष्म-नियंत्रित अग्रदूत। इसकी उत्पादन तकनीक के गहन अध्ययन के बिना, ऊर्जा घनत्व और स्थायित्व के बारे में सभी महत्वाकांक्षी बयान कागज पर ही रहेंगे। और हमारा अनुभव, जिसमें हमारे द्वारा उल्लिखित विफलताएं भी शामिल हैं, इसकी सबसे अच्छी पुष्टि है। काम जारी है, और मुख्य खोजें अक्सर छोटी, गैर-स्पष्ट कमियों को ठीक करने में निहित होती हैं।