Linha de produção para moagem, secagem e calcinação de ânodos de silício-carbono

Com o rápido crescimento da indústria das energias renováveis e os requisitos de desempenho cada vez mais exigentes das baterias de lítio, a procura por materiais de ânodo de silício-carbono está a aumentar significativamente. As microesferas ultrafinas de resina fenólica são uma matéria-prima essencial para o carbono poroso à base de resina, um precursor fundamental dos ânodos de silício-carbono. A sua qualidade afeta diretamente a estabilidade estrutural e o desempenho eletroquímico do produto carbonizado final. No entanto, a produção nacional de microesferas de resina fenólica continua a depender fortemente das importações. As tecnologias de secagem por pulverização existentes sofrem frequentemente de má dispersão e distribuição irregular do tamanho das partículas, o que dificulta o controlo preciso das estruturas das microesferas durante a carbonização subsequente e limita novas melhorias no desempenho dos ânodos de silício-carbono.

Secador por pulverização centrífugo de ultra-alta velocidade da Longxin: a superar os desafios do setor e a redefinir os padrões do processo

Com base em anos de experiência técnica, a Jiangsu Longxin Smart desenvolveu um secador por pulverização centrífuga de velocidade ultra-elevada para dar resposta aos desafios de fabrico das microesferas de resina fenólica (Patentes n.ºs ZL 2021 2 2093525.2, ZL 2023 2 1168225.9 e 2020 1 0869088.6). O sistema permite a produção eficiente e altamente precisa de microesferas ultrafinas. Ao combinar a atomização centrífuga de velocidade ultra-elevada com o controlo de temperatura em gradiente de múltiplas fases, o equipamento regula com precisão o tamanho das gotículas atomizadas de resina fenólica e a taxa de secagem. O seu atomizador centrífugo utiliza um disco atomizador de titânio com uma velocidade periférica máxima de 226 m/s e partículas de cerâmica incorporadas para prolongar a vida útil. As microesferas resultantes apresentam uma distribuição estreita do tamanho das partículas, esfericidade excepcionalmente elevada, excelente fluidez e forte dispersibilidade.

Vantagens tecnológicas que impulsionam a inovação nos processos nacionais

O secador por pulverização centrífugo de velocidade ultra-elevada permite um controlo preciso da estrutura e da funcionalidade das microesferas de carbono, criando simultaneamente uma base sólida para a carbonização do carbono poroso à base de resina e para a melhoria do desempenho dos ânodos de silício-carbono.

1. Sistema de atomização centrífuga de velocidade ultra-elevada: Um disco atomizador de liga de titânio de desenvolvimento próprio e um equilíbrio dinâmico de alta precisão superam as limitações de velocidade de rotação dos atomizadores convencionais, produzindo uma distribuição uniforme de gotículas à escala micrométrica e garantindo um tamanho consistente das partículas em forma de microesferas desde a fonte.
2. Controlo inteligente da temperatura e distribuição do fluxo de ar: Um distribuidor de ar quente de várias fases e um módulo de controlo de temperatura PID regulam com precisão a temperatura e os campos de fluxo de ar no interior da câmara de secagem, evitando a aglomeração das microesferas ou a decomposição térmica causada por sobreaquecimento localizado.
3. Proteção de paredes com cortina de ar: Forma-se uma barreira anular de película de ar ao longo da parede interna da torre de secagem para impedir a adesão das microesferas. Isto aumenta substancialmente a recuperação do produto e protege ainda mais a sua pureza.
4. Personalização funcional: Através do ajuste dos parâmetros de atomização e das condições de secagem, é possível controlar de forma flexível propriedades fundamentais, tais como a porosidade das microesferas e a área superficial específica, de modo a satisfazer os requisitos específicos dos precursores de diferentes materiais para ânodos de silício-carbono.

Valor industrial: ganhos de desempenho, desde a preparação dos materiais até à utilização final

Testes realizados por empresas líderes demonstraram que, após a carbonização, as microesferas de resina fenólica produzidas com o equipamento Longxin Smart apresentam melhorias significativas no desempenho do carbono poroso à base de resina:

1. Desempenho mecânico: Uma maior resistência à compressão e ao choque térmico ajudam a evitar a fratura estrutural causada pela expansão do silício no interior do ânodo.
2. Desempenho eletroquímico: A capacidade inicial de descarga, a retenção de capacidade após 500 ciclos a 1 C e outros indicadores atingem níveis de referência no setor.
3. Eficiência da produção: A capacidade atinge os 50–200 kg/h com base numa solução de sólidos de 20%, enquanto o consumo de energia é 10% inferior ao dos equipamentos convencionais, ajudando os clientes a melhorar tanto os custos como o desempenho.

Missão da empresa: Inovação tecnológica para promover a autossuficiência no domínio dos materiais para as novas fontes de energia

Como líder no setor dos equipamentos de secagem inteligentes, a Longxin Smart mantém o seu compromisso com a inovação coordenada dos processos e equipamentos de preparação de materiais. A implantação comercial do seu secador por pulverização centrífugo de velocidade ultra-elevada rompe com o domínio de longa data dos fornecedores estrangeiros no setor dos equipamentos de produção de microesferas de alto desempenho. Através de um apoio abrangente em toda a cadeia — desde o equipamento, passando pelo processo, até ao material —, a Longxin está a ajudar a produção de ânodos de silício-carbono a afastar-se dos precursores importados, rumo a uma solução de fabrico localizada e controlável.

No futuro, a empresa irá concentrar-se nos requisitos de inteligência e sustentabilidade da produção de materiais energéticos avançados e continuará a desenvolver tecnologias como a liofilização a baixa temperatura e a secagem assistida por micro-ondas. Estas inovações ajudarão os clientes nos setores das baterias de lítio, da energia de hidrogénio, da energia fotovoltaica e noutros domínios a avançar de sistemas inteligentes isolados para processos autónomos e controláveis de ponta a ponta.

O silício avança, o carbono mantém a estrutura: abre-se a janela para a produção em massa de Si-C, redefinindo os limites da densidade energética das células

Em 2026, a indústria global de baterias de iões de lítio está a passar por uma profunda transformação impulsionada pela inovação em materiais. À medida que os mercados finais exigem maior densidade energética, carregamento mais rápido e maior vida útil, os materiais de ânodo de silício-carbono estão a passar da fase de desenvolvimento em laboratório para a aplicação comercial em grande escala. O silício, o material ativo nos ânodos de silício-carbono, tem uma capacidade específica teórica de 4 200 mAh/g — mais de dez vezes superior à dos ânodos de grafite convencionais. Como alcançar o controlo de processo de ponta a ponta, a consistência dos lotes e a otimização de custos, desde as matérias-primas até aos produtos acabados, tornou-se, por isso, uma questão central que molda o panorama competitivo.

Durante o primeiro semestre de 2026, as baterias de estado semissólido entraram no seu primeiro ano de implantação em grande escala. A forte procura por desempenho em termos de leveza e autonomia em dispositivos eletrónicos dobráveis e em baterias de alta potência de gama alta criou um ponto de inflexão histórico para os ânodos de silício-carbono, levando a indústria da validação tecnológica para a produção em grande escala. A fonte refere que as remessas nacionais de ânodos de silício-carbono no primeiro semestre de 2026 excederam o total das remessas de todo o ano de 2025. O processo de deposição química de vapor (CVD) tornou-se a via predominante devido às suas vantagens na supressão da expansão volumétrica e na melhoria da vida útil.

Neste contexto, a lógica de investimento do setor está a sofrer uma profunda transformação. A expansão da capacidade está a afastar-se da construção indiscriminada e a orientar-se para uma correspondência precisa entre as barreiras técnicas e a procura real do mercado.

1. As principais empresas lançaram expansões de capacidade na ordem das 10 000 toneladas com base na tecnologia CVD, acelerando a corrida pela conquista de quota de mercado no segmento de gama alta.
2. Para compensar os elevados custos de fabrico e a volatilidade dos preços das matérias-primas a montante, a cadeia de valor está a acelerar a integração vertical em torno de esqueletos de carbono poroso e ânodos de silício-carbono.

Toda a cadeia de abastecimento está a passar por uma modernização técnica sistemática, desde o controlo de qualidade dos precursores de carbono poroso e o fabrico de precisão de pó de silício à escala nanométrica até ao controlo aperfeiçoado dos processos de deposição por vapor e de revestimento.

Da capacidade nominal ao fornecimento efetivo: o verdadeiro teste à solidez da produção

Enquanto o setor se concentra em metas ambiciosas de capacidade, a base da concorrência mudou discretamente. O facto de a capacidade planeada se poder traduzir em oferta efetiva depende de três capacidades: a consistência entre lotes de material, a rapidez na qualificação dos clientes e no aumento da produção, e a taxa de convergência da curva de melhoria do rendimento. A força combinada destes três fatores determinará quais as empresas que se destacarão como líderes na indústria dos ânodos de silício-carbono.

Os fabricantes enfrentam um desafio ainda maior: a produção de ânodos de silício-carbono envolve processos interligados que abrangem a síntese de precursores orgânicos, a moagem ultrafina, a carbonização a alta temperatura e a deposição por vapor. As flutuações do processo em qualquer fase podem ser amplificadas, acabando por criar diferenças no desempenho das células. Em particular, a uniformidade das estruturas porosas no esqueleto de carbono poroso, a distribuição granulométrica e o nível de oxidação do pó de silício à escala nanométrica, bem como a uniformidade do fluxo de gás silano durante a deposição por CVD, impõem requisitos de precisão do equipamento e de estabilidade do processo que excedem os dos materiais convencionais das baterias de lítio.

Gargalos da indústria: uma revisão sistemática dos desafios da produção em massa e das vias tecnológicas

Os principais desafios técnicos na produção em grande escala de ânodos de silício-carbono podem ser analisados tanto do ponto de vista dos sistemas de materiais como do ponto de vista da engenharia e dos equipamentos.

1. Precursores de carbono poroso

• Enquanto precursores do esqueleto central dos ânodos de silício-carbono baseados em CVD, as microesferas de resina fenólica determinam diretamente a conectividade dos poros do carbono poroso carbonizado, através da sua distribuição granulométrica e esfericidade.
• Nos processos convencionais à base de solventes, a evaporação irregular do solvente pode causar rugas na superfície e partículas com tamanhos que variam entre 10 e 100 μm. A recuperação do solvente é frequentemente inferior a 60%, o que acarreta riscos de emissões excessivas de COV.
• Os processos à base de água oferecem vantagens ambientais, mas a sua elevada viscosidade dificulta que os secadores por pulverização centrífugos convencionais consigam a atomização ultrafina necessária para os tamanhos de partículas pretendidos. A evaporação incompleta da água pode deixar grupos hidroxilo, e o teor de cinzas após a carbonização pode exceder 2%, afetando gravemente a uniformidade da deposição subsequente de silano.

2. Produção de pó de silício à escala nanométrica

• A moagem ultrafina em meio líquido é o método mais comum para a produção em escala, mas os moinhos de esferas convencionais consomem uma quantidade considerável de energia quando se trata de moagem à escala nanométrica, sendo que o atrito dos meios de moagem representa mais de 30% das perdas em alguns sistemas.
• A moagem a céu aberto pode introduzir impurezas, enquanto a aglomeração de partículas alarga a distribuição granulométrica.
• O pó de silício também pode oxidar durante a secagem e a calcinação a altas temperaturas. A secagem convencional dificulta a manutenção de níveis de oxigénio baixos com precisão, e a camada de óxido resultante degrada diretamente a eficiência coulômbica inicial e a estabilidade cíclica dos compósitos de silício-carbono.

3. Deposição e revestimento por CVD

• A deposição uniforme do gás silano no esqueleto de carbono poroso é fundamental para a vida útil do ânodo de silício-carbono. No entanto, controlar a distribuição gás-sólido no interior dos reatores de leito fluidizado e manter campos de temperatura e concentração consistentes em grande escala continuam a ser grandes desafios de engenharia.
• A uniformidade da espessura e a aderência do revestimento de carbono também afetam diretamente a estabilidade estrutural do elétrodo durante a carga e a descarga.

Criar impulso para a transformação: um sistema de produção integrado, desde a granulação do precursor até ao revestimento com Si-C

Para resolver estes gargalos críticos, a Longxin Smart desenvolveu uma solução completa que abrange a granulação de resina fenólica, a moagem e secagem de silício à escala nanométrica, o tratamento de carbono poroso a alta temperatura, a deposição por vapor CVD e o revestimento de carbono. A cadeia de processos completa, desde o precursor até ao material acabado, torna a produção em massa mais controlável.

1. Granulação de microesferas de resina fenólica para precursores de carbono poroso

• No caso dos sistemas de resinas fenólicas à base de solvente, o secador por pulverização de circuito fechado BLPG, de desenvolvimento próprio da Longxin, utiliza azoto de alta pureza como meio de secagem e funciona sob pressão positiva. A concentração de oxigénio é monitorizada em tempo real e mantida abaixo de 3 vol%, enquanto a condensação a baixa temperatura permite uma taxa de recuperação do solvente de, pelo menos, 95% e reduz os riscos de deflagração.
• No caso das resinas fenólicas à base de água, o secador por pulverização multifunções centrífugo e pneumático LPG-Q integra a atomização centrífuga e a atomização pneumática. É capaz de transformar resinas de elevada viscosidade em pós ultrafinos com valores D50 de 5–10 μm e um coeficiente de variação de nível líder no setor. O material resultante apresenta um baixo teor de cinzas após a carbonização, cumprindo os rigorosos requisitos de pureza do precursor e de granulometria para esqueletos de carbono poroso de alta qualidade.

2. Linha de produção de moagem e secagem de silício à escala nanométrica

A Longxin Smart oferece uma solução integrada de moagem, secagem e calcinação.

• Um moinho de esferas com acionamento duplo «nano» com pinos de turbina utiliza acionamentos independentes para a moagem e a separação. O seu design de separação centrífuga sem crivo evita o entupimento do crivo e a contaminação por metais.
• Uma câmara de moagem em carboneto de silício e meios de moagem em zircónia com 0,3–0,5 mm reduzem o consumo de energia em comparação com o equipamento convencional e proporcionam um controlo estável do tamanho de partícula D50.
• A secagem é realizada num secador rápido de circulação de azoto totalmente fechado, com monitorização em tempo real do oxigénio a um nível igual ou inferior a 500 ppm e uma temperatura do material inferior a 60 °C, o que impede eficazmente a oxidação do silício e os danos na estrutura cristalina.
• Um forno rotativo contínuo com proteção atmosférica apresenta três a cinco zonas de temperatura independentes, uma precisão no controlo da temperatura de ±5 °C e compatibilidade com nitrogénio, árgon e outras atmosferas. Proporciona estruturas estáveis e pureza do produto durante a pirólise orgânica.

3. Secagem de carbono poroso para materiais de ânodo de silício-carbono

Para responder aos requisitos específicos do processamento de carbono poroso a altas temperaturas, o secador rápido de titânio para altas temperaturas da Longxin Smart utiliza uma estrutura em titânio resistente à corrosão, capaz de suportar atmosferas ácidas ou corrosivas, protegendo simultaneamente a pureza do material e a integridade estrutural a temperaturas elevadas.

4. Reator de leito fluidizado CVD: equipamento essencial para a produção de ânodos de Si-C

Enquanto sistema central para o fabrico de ânodos de silício-carbono, o reator de leito fluidizado da Longxin utiliza uma placa de distribuição de gás otimizada e simulação do campo de fluxo para garantir uma difusão e deposição uniformes do gás silano no interior da estrutura porosa de carbono.

• O controlo independente da temperatura em várias zonas mantém temperaturas de reação estáveis e garante uma espessura de deposição e um teor de silício consistentes entre os lotes.
• Um sistema de circulação totalmente fechado e um módulo de tratamento de gases residuais permitem a recuperação segura do silano não reagido e a sua conversão em emissões inofensivas, contribuindo tanto para a segurança operacional como para o cumprimento das normas ambientais.
• Os reatores estão disponíveis em configurações flexíveis, que vão desde sistemas laboratoriais à escala de quilogramas até unidades de produção de centenas de quilogramas, acelerando a transição do desenvolvimento de processos para a produção em grande escala.

5. Revestimento de materiais de ânodo de silício-carbono

Um secador por pulverização de circuito fechado utiliza uma atmosfera protegida por azoto para atomizar uniformemente e secar rapidamente os precursores do revestimento de carbono. Isto evita a formação de fissuras ou a aglomeração do revestimento durante a secagem, preservando a integridade da estrutura núcleo-invólucro e a densidade da camada de revestimento.

Apoio contínuo: Capacidades que abrangem todo o processo, desde a validação em laboratório até à produção em escala

Para responder aos exigentes requisitos de precisão e estabilidade na produção de materiais para baterias da próxima geração, a Longxin Smart criou um ciclo técnico completo, desde o equipamento de laboratório até às linhas de produção. A empresa presta serviços personalizados segundo o princípio “um material, uma estratégia”, abrangendo a conceção de processos, a seleção de equipamentos, a instalação e o arranque, bem como o apoio à manutenção ao longo de todo o ciclo de vida.

O equipamento à escala laboratorial ajuda os clientes a validar e otimizar os parâmetros do processo antes de estes serem adaptados com precisão à produção industrial com base nos dados laboratoriais, reduzindo o risco de perda de qualidade durante a ampliação da escala. Um sistema de operação e manutenção remota permite a otimização do processo através da nuvem e a monitorização do equipamento em tempo real, garantindo um funcionamento estável a longo prazo.

1. Melhoria do desempenho: Após a carbonização das microesferas de resina fenólica produzidas com a solução completa da Longxin, o esqueleto de carbono poroso apresenta uma melhor conectividade dos poros e os ânodos de silício-carbono demonstram uma maior eficiência coulômbica inicial. A retenção de capacidade após 1 000 ciclos cumpre os requisitos das aplicações de baterias de potência de gama alta.
2. Otimização de custos: As tecnologias de recuperação de solventes e de poupança de energia reduzem o custo de produção por tonelada de microesferas, enquanto a moagem de silício à escala nanométrica consome menos energia do que os processos convencionais. Em conjunto, estas melhorias ajudam a que os custos dos ânodos de silício-carbono ultrapassem o limiar de comercialização.
3. Ecossistema do setor: A Longxin estabeleceu parcerias com fabricantes de resinas fenólicas (a montante), fornecedores de pó de silício e produtores de ânodos de silício-carbono (a jusante) para criar uma plataforma colaborativa de inovação em materiais, equipamentos e processos que promova a implantação em larga escala de ânodos de silício-carbono produzidos por CVD em veículos.

Desenvolvimento com Visão de Futuro: Carbono Poroso de Origem Biológica e Materiais para Baterias de Próxima Geração

A Longxin Smart está também a preparar-se para as necessidades do setor a longo prazo, desenvolvendo novas tecnologias de secagem para precursores de carbono poroso de base biológica. O carbono poroso de origem biológica utiliza recursos renováveis, tais como a lignina, a celulose e a quitosana. Estes materiais apresentam estruturas porosas hierárquicas tridimensionais de origem natural e potencial de neutralidade carbónica, sendo considerados uma importante via para a próxima geração de esqueletos de ânodos sustentáveis de silício-carbono.

Os extratos de biomassa, no entanto, são geralmente muito viscosos, sensíveis ao calor e com baixo teor de sólidos, o que coloca grandes desafios à secagem por pulverização.

1. A Longxin desenvolveu sistemas dedicados de secagem por pulverização em circuito fechado para estes materiais. Um processo a baixa temperatura, protegido por azoto, preserva a atividade do precursor ao mesmo tempo que produz grânulos à escala micrométrica com elevada esfericidade, estabelecendo uma base de equipamento madura para a comercialização de carbono poroso de origem biológica. Isto alarga a gama de precursores de carbono poroso da Longxin, passando dos materiais petroquímicos para os de origem biológica, e proporciona aos clientes soluções de materiais mais diversificadas e sustentáveis.
2. Em áreas emergentes como os eletrólitos sólidos, os ânodos de carbono duro para baterias de iões de sódio e os materiais de armazenamento e transporte de hidrogénio, a Longxin Smart continua a desenvolver capacidades técnicas e a realizar ensaios de industrialização, criando um ecossistema de equipamentos inteligentes para os futuros sistemas de energia e materiais.

À medida que a indústria dos ânodos de silício-carbono atinge o limiar entre a validação tecnológica e a produção em grande escala, a Longxin Smart fornece equipamento essencial e soluções integradas que abrangem a granulação, a moagem, a secagem, a deposição e o revestimento. Desde a validação de processos em laboratório até à produção à escala de 10 000 toneladas, a empresa oferece apoio técnico de ponta a ponta. À medida que a indústria das energias renováveis entra numa fase mais desafiante de transformação, a Longxin está a impulsionar a inovação em equipamentos para ajudar a indústria chinesa de materiais para baterias a superar o fosso na produção em massa e a estabelecer uma base sólida — desde os materiais até aos processos — para o próximo avanço na densidade energética das baterias de iões de lítio.