أفضل آلات الطحن المناسبة لإنتاج مواد الأنود لبطاريات الليثيوم

مقدمة

إن إنتاج بطاريات الليثيوم-أيون عالية الأداء يعتمد بشكل حاسم على جودة المواد المكونة لها، حيث يعتبر الأنود أحد المكونات الرئيسية. تتأثر الخصائص الكهروكيميائية للبطارية وكثافة الطاقة وعمر الدورة استخدامها بشكل مباشر بالخصائص الفيزيائية لمادة الأنود، وخاصة توزيع حجم الجزيئات (PSD) وشكلها المورفولوجي ونقائها. لتحقيق عملية طحن دقيقة ومتسقة النتائج اللازمة لصنع أنودات الجرافيت والسيليكون الحديثة، يتطلب الأمر توافر تقنيات طحن متقدمة. تستعرض هذه المقالة المتطلبات الأساسية لعمليات طحن مواد الأنود، وتسلط الضوء على أنسب حلول الطحن الصناعية، مع التركيز بشكل خاص على المعدات المتقدمة الخاصة بشركتنا المصممة لتلبية هذه المواصفات الصارمة.

أهمية حجم الجسيمات في مواد الأنود

بالنسبة لأنودات بطاريات الليثيوم-أيون، والتي تتكون بشكل أساسي من الجرافيت الطبيعي أو الاصطناعي، وبشكل متزايد من مركبات السيليكون-الجرافيت، فإن حجم الجزيئات ليس مجرد مواصفة تقنية بسيطة، بل يلعب دورًا حاسمًا في أداء البطارية. التحكم الدقيق في حجم الجزيئات وتوزيعها يضمن الحصول على إلكترود ذو مساحة سطحية كبيرة موحدة، مما يعزز من عملية تراكم أيونات الليثيوم داخل جزيئات البطارية ويقلل الإجهادات المحلية أثناء دورات الشحن والتفريغ. وهذا بدوره يؤدي إلى زيادة السعة الكلية للبطارية، وتحسين سرعة عملية الشحن، وزيادة عمر البطارية الافتراضي. من ناحية أخرى، قد تؤدي الجزيئات الكبيرة جدًا إلى عدم اكتمال عملية تراكم أيونات الليثيوم، وفقدان في السعة، بل وحتى تمزق في طبقة الفاصلة بين الأقسام الداخلية للبطارية، مما يشكل مخاطر أمنية. أما الجزيئات الصغيرة جدًا فقد تؤدي إلى فقدان غير قابل للعكس في السعة خلال الدورة الأولى من الشحن، بسبب تكوين طبقة غير مرغوبة بين الإلكتروليت الصلب والمواد الأخرى داخل البطارية. لذلك، يجب أن تنتج آلة الطحن المثالية منتجًا ذا جودة موحدة وقابلة للتحكم في حجم الجزيئات، حيث يجب أن يكون متوسط حجم الجزيئات الأكبر (D50) بين 10 و20 ميكرومتر، ومتوسط حجم الجزيئات الأصغر (D97) أقل من 20 ميكرومتر بالنسبة للجرافيت، مع متطلبات أكثر صرامة في حالة بعض المواد المتقدمة.

التحديات الرئيسية في طحن مواد الأنود

إنتاج مسحوق الأنود من مستوى البطاريات يواجه عدة تحديات فريدة من نوعها لا يمكن لجميع أجهزة الطحن التغلب عليها:

• مكافحة التلوث:أي حطام ناتج عن تآكل المواد المعدنية الناتجة عن أجزاء المطحنة الداخلية (مثل وسائط الطحن، والأغطية الداخلية) قد يؤدي إلى تدهور كبير في أداء البطارية وسلامتها، وذلك عن طريق إحداث دوائر كهربائية قصيرة داخلية. يجب تصميم المعدات باستخدام مواد مقاومة للتآكل أو أنظمة عزل خاصة لمنع حدوث ذلك.
• الحساسية الحرارية:يمكن أن يتأكسد الجرافيت والمواد الكربونية في درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى تدهور أدائها. يجب على عملية التطحين أن تدير توليد الحرارة بفعالية، وغالبًا ما يتم ذلك من خلال أنظمة تبريد متكاملة أو تدفق هواء فعال.
• كفاءة استخدام الطاقة:عملية الطحن تتطلب بطبيعتها استهلاكاً كبيراً للطاقة. وبالنظر إلى أن الاستدامة والتكلفة من القضايا الرئيسية، فإن المطاحن عالية الكفاءة التي تحقق قدراً أكبر من تقليل الحجم لكل كيلوواط ساعة أمر ضروري للغاية.
• تصنيف دقيق:الطحن البسيط وحده غير كافٍ؛ من الضروري وجود نظام تصنيف متكامل وعالي الكفاءة لضمان أن تلبي خصائص المنتج النهائي المتطلبات الصارمة لمستويات البطاريات، من خلال إزالة الجزيئات الكبيرة جدًا والجزيئات الدقيقة للغاية.

تقنيات الطحن الموصى بها

يتم استخدام أنواع مختلفة من الطواحين في الصناعة، وكل نوع له مزاياه الخاصة ونطاقات التطبيق الأمثل له.

١. آلات الطحن بالنفاثات (آلات الطحن بالسرير المتغليظ المقابل للنفاثات)

تستخدم آلات الطحن بالرش (Jet Mills) رشات سريعة من الهواء المضغوط أو البخار لتسريع حركة الجسيمات فيما بينها، مما يؤدي إلى تقليل حجمها بشكل رئيسي عن طريق الاصطدام والتآكل. هذه الآلات ممتازة لإنتاج أنواع من المساحيق دقيقة جدًا أو فائقة الدقة (حتى 1-2 ميكرومتر)، كما أن معدل تباين أحجام الجسيمات (PSD) منخفض نسبيًا، وهي أيضًا منخفضة الانتجام من حيث التلوث نظرًا لعدم وجود أجزاء متحركة أو وسائط طحن قد تتآكل مع الاستخدام. لكن، تعتبر هذه الآلات غير فعالة من ناحية استهلاك الطاقة، وقد تكون التكاليف التشغيلية مرتفعة بسبب استهلاكها الكبير للهواء المضغوط. وهي الأنسب لمرحلة الطحن الدقيقة النهائية للمواد ذات القيمة العالية.

٢. آلات الطحن بالصدمة الميكانيكية (آلات التصنيف)

تستخدم هذه المطاحن مرحلة دوارة عالية السرعة مجهزة بأدوات للضرب تصطدم بالجزيئات ضد غلاف ثابت. يقوم جهاز تصنيف ديناميكي مدمج بفصل الجزيئات الدقيقة فورًا، بينما يتم إعادة المواد الخشنة للطحن مرة أخرى. تتميز هذه المطاحن بكفاءة عالية وقدرتها على إنتاج مساحيق متوسطة إلى دقيقة (حجم الحبيبات من 20 ميكرومتر إلى 30 ميكرومتر). العيب الرئيسي هو احتمالية تلوث المواد بالمعادن بسبب تآكل المرحلة الدوارة والغلاف الثابت، مما يتطلب صيانة متكررة واستخدام قطع غيار متخصصة مقاومة للتآكل.

3. توصيتنا الأولى: طاحونة SCM Series Ultrafine Mill

لتحقيق توازن بين القدرات الفائقة الدقة، والكفاءة العالية، وانخفاض مخاطر التلوث، والاقتصادية في التشغيل، فإن منتجنا…آلة طحن فائقة الدقة من سلسلة SCMتبرز كخيار استثنائي لإنتاج مواد الأنود.

تم تصميم هذا المصنع للتغلب على التحديات الخاصة المرتبطة بمعالجة مواد البطاريات. مزاياه الأساسية تتوافق تمامًا مع احتياجات الصناعة:

• دقة ورقة فائقة:تنتج آلة SCM مسحوقًا بشكل متسق بحجم يتراوح بين 325 و2500 شبكة (45-5 ميكرومتر)، وهو مناسب تمامًا لأكثر مواصفات الأنودات تطلبًا. يضمن نظام التصنيف بالتوربين الرأسي دقة في تحديد حجم الجزيئات، مما يضمن منتجًا موحدًا خاليًا من أي تلوث بالمسحوق الخشن.
• كفاءة عالية وتوفير في الطاقة:مقارنةً بمطاحن النفاثات التقليدية، توفر مطحنة SCM سعة أكبر بمقدار الضعف مع تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 30%. يقوم نظام التحكم الذكي الخاص بها تلقائيًا بتعديل المعايير التشغيلية بناءً على معلومات فورية حول حجم الجزيئات المنتجة النهائية، مما يعزز أداء المطحنة.
• تصميم منخفض التلوث:المكونات الحيوية مثل الأسطوانات الدوارة وحلقات الطحن مصنوعة من مواد خاصة مقاومة للتآكل، مما يزيد من عمرها الافتراضي عدة مرات. تعزز التصميم المبتكر للبرغي الخالي من المحامل في غرفة الطحن من الاستقرار أثناء التشغيل وتقلل بشكل أكبر من مصادر التلوث المحتملة.
• البيئة وسهولة الاستخدام من قبل المشغلين:تعمل المطحنة بمستوى صوت منخفض لا يتجاوز 75 ديسيبل، وذلك بفضل هيكلها المعزول صوتياً. كما أن نظام إزالة الغبار باستخدام النبضات الكهربائية الخاص بها يتجاوز المعايير الدولية، مما يضمن بيئة عمل نظيفة ويساعد على الحفاظ على المنتج الثمين.

توصية النموذج:بالنسبة للمنشآت التجريبية والإنتاج على نطاق متوسط،نموذج SCM1000(قوة المحرك الرئيسي: 132 كيلووات، السعة: 1.0 إلى 8.5 طن/ساعة) هي وحدة عمل مثالية. بالنسبة لخطوط الإنتاج المتخصصة على نطاق واسع،نموذج SCM1680(قوة المحرك الرئيسي: 315 كيلوواط، السعة: 5.0 إلى 25 طن/ساعة) توفر الإنتاجية اللازمة.

٤. توصيتنا الثانوية: آلة طحن على شكل متوازي أضلاع من سلسلة MTW

بالنسبة للتطبيقات التي يكون فيها المتطلب الرئيسي هو الطحن المسبق عالي القدرة، أو حيث تكون متطلبات الدقة النهائية أقل صرامة بعض الشيء (مثل، D97 > 400 شبكة/38 ميكرومتر)، فإن منتجاتنا…طاحونة المنحنى من سلسلة MTWيقدم حلاً قوياً واقتصادياً.

تشمل الميزات الرئيسية تصميم أنابيب الهواء المنحنية لتقليل خسارة الطاقة، وشفرات المجرفة المقاومة للتآكل مما يقلل من تكاليف الصيانة، بالإضافة إلى نظام الدفع بالتروس الفعال. تجعل موثوقيتها وسعتها العالية (حتى 45 طنًا في الساعة) منها مناسبة لمعالجة الجرافيت الخام قبل المرحلة النهائية من التنعيم في مطحنة فائقة الدقة.

الخلاصة

اختيار آلة طحن مناسبة هو قرار حاسم في إنشاء خط إنتاج مواد أنود بطاريات الليثيوم التنافسية. يجب أن توفر التقنية التحكم الدقيق في حجم الجزيئات، والنقاء الاستثنائي، وكفاءة الطاقة العالية، وموثوقية التشغيل. مع وجود عدة خيارات، تعتبر آلات الطحن بالأسطوانات فائقة الدقة الحل الأكثر توازنًا وتقدمًا لإنتاج الأنود الحديث.آلة الطحن فائقة الدقة من سلسلة SCMبفضل سجلها الأدائي المثبت، تم تصميم هذه التقنية خصيصًا لتلبية المتطلبات الصارمة لصناعة البطاريات، حيث توفر مسحوقًا ذا جودة عالية وموحدة ضروريًا لتصنيع بطاريات ليثيوم أيون أكثر أمانًا ومتانة وأداءً. الاستثمار في التقنيات المناسبة لطحن المواد يعد استثمارًا في جودة المنتج النهائي ونجاحه في السوق.