Производственная линия по измельчению, сушке и прокаливанию кремний-углеродных анодов

На фоне стремительного роста отрасли новых источников энергии и все более жестких требований к характеристикам литиевых аккумуляторов спрос на кремний-углеродные анодные материалы стремительно растет. Ультрамелкие микросферы из фенольной смолы являются основным сырьем для получения пористого углерода на основе смолы, который, в свою очередь, является ключевым прекурсором кремний-углеродных анодов. Их качество напрямую влияет на структурную стабильность и электрохимические характеристики конечного карбонизированного продукта. Однако производство микросфер из фенольной смолы в стране по-прежнему в значительной степени зависит от импорта. Существующие технологии распылительной сушки, как правило, характеризуются плохой дисперсией и неравномерным распределением частиц по размерам, что затрудняет точное управление структурой микросфер в ходе последующей карбонизации и ограничивает дальнейшее повышение характеристик кремний-углеродных анодов.

Сверхвысокоскоростная центробежная распылительная сушилка компании Longxin: преодоление отраслевых вызовов и пересмотр стандартов технологических процессов

Опираясь на многолетний технический опыт, компания «Цзянсу Лунсинь Смарт» разработала сверхскоростную центробежную распылительную сушилку для решения производственных задач, связанных с изготовлением микросфер из фенольной смолы (патенты №№ ZL 2021 2 2093525.2, ZL 2023 2 1168225.9 и 2020 1 0869088.6). Система обеспечивает эффективное и высокоточное производство ультрамелких микросфер. Благодаря сочетанию сверхвысокоскоростного центробежного распыления с многоступенчатым градиентным регулированием температуры оборудование точно регулирует размер распыленных капель фенольной смолы и скорость сушки. В центробежном распылителе используется титановый распылительный диск с максимальной периферийной скоростью 226 м/с и встроенными керамическими частицами, продлевающими срок службы. Получаемые микросферы характеризуются узким распределением частиц по размеру, исключительно высокой сферичностью, превосходной сыпучестью и высокой диспергируемостью.

Технологические преимущества, стимулирующие инновации в отечественных технологических процессах

Сверхвысокоскоростная центробежная распылительная сушилка позволяет точно регулировать структуру и функциональные свойства углеродных микросфер, создавая при этом прочную основу для карбонизации пористого углерода на основе смолы и повышения эффективности кремний-углеродных анодов.

1. Система сверхвысокоскоростного центробежного распыления: Запатентованный распылительный диск из титанового сплава и высокоточная динамическая балансировка позволяют преодолеть ограничения по скорости вращения, присущие традиционным распылителям, обеспечивая равномерное распределение капель микронного размера и стабильный размер микросфер на выходе.
2. Интеллектуальное регулирование температуры и распределение воздушного потока: Многоступенчатый распределитель горячего воздуха и модуль ПИД-регулирования температуры точно регулируют температурное и воздушное поля внутри сушильной камеры, предотвращая агломерацию микросфер или их термическое разложение, вызванные локальным перегревом.
3. Защита стен с помощью воздушной завесы: Вдоль внутренней стенки сушильной башни образуется кольцевой барьер из воздушной пленки, предотвращающий прилипание микросфер. Это значительно повышает выход продукта и дополнительно обеспечивает его чистоту.
4. Настройка функциональности: Путем регулирования параметров распыления и условий сушки можно гибко контролировать такие ключевые свойства, как пористость микросфер и удельная поверхность, с целью обеспечения соответствия индивидуальным требованиям к прекурсорам для различных материалов кремний-углеродных анодов.

Промышленная ценность: повышение эффективности на всех этапах — от подготовки сырья до конечного использования

Испытания, проведенные ведущими компаниями, показали, что после карбонизации микросферы из фенольной смолы, изготовленные на оборудовании Longxin Smart, демонстрируют значительное улучшение ключевых эксплуатационных характеристик пористого углерода на основе смолы:

1. Механические характеристики: Повышенная прочность на сжатие и термоударная стойкость способствуют предотвращению разрушения структуры, вызванного расширением кремния внутри анода.
2. Электрохимические характеристики: Начальная ёмкость разряда, сохранение ёмкости после 500 циклов при коэффициенте заряда 1C и другие показатели достигают лучших в отрасли значений.
3. Эффективность производства: Производительность достигает 50–200 кг/ч при использовании раствора твердых веществ 20%, а энергопотребление на 10% ниже, чем у традиционного оборудования, что помогает клиентам снизить затраты и повысить эффективность.

Миссия компании: технологические инновации, способствующие обеспечению самодостаточности в сфере материалов для новых источников энергии

Являясь лидером в области интеллектуального сушильного оборудования, компания Longxin Smart по-прежнему привержена принципу комплексного инновационного развития процессов подготовки сырья и соответствующего оборудования. Коммерческое внедрение разработанной компанией сверхскоростной центробежной распылительной сушилки положит конец многолетнему доминированию зарубежных поставщиков в сфере высокопроизводительного оборудования для производства микросфер. Благодаря комплексной поддержке, охватывающей оборудование, технологические процессы и материалы, Longxin способствует переходу производства кремний-углеродных анодов от использования импортных исходных материалов к локализованным и контролируемым производственным решениям.

В перспективе компания сосредоточится на требованиях к интеллектуальному и экологичному производству передовых энергетических материалов и продолжит разработку таких технологий, как низкотемпературная сушка методом лиофилизации и сушка с использованием микроволнового излучения. Эти инновации помогут клиентам в сфере литиевых батарей, водородной энергетики, фотоэлектричества и других областях перейти от изолированных интеллектуальных систем к автономным, управляемым сквозным процессам.

Прорывы в области кремния, углерод обеспечивает прочность конструкции: открываются перспективы массового производства Si-C, что переопределяет пределы энергетической плотности элементов

В 2026 году мировая отрасль литий-ионных аккумуляторов переживает глубокую трансформацию, обусловленную инновациями в области материалов. По мере того как конечные рынки требуют более высокой энергетической плотности, более быстрой зарядки и более длительного срока службы, кремний-углеродные анодные материалы переходят от стадии лабораторных разработок к широкомасштабному коммерческому применению. Кремний, являющийся активным материалом в кремний-углеродных анодах, имеет теоретическую удельную ёмкость 4 200 мА·ч/г — более чем в десять раз превышающую показатели традиционных графитовых анодов. Поэтому вопрос о том, как обеспечить сквозной контроль производственного процесса, стабильность партий и оптимизацию затрат на всем пути от сырья до готовой продукции, стал ключевым фактором, определяющим конкурентную среду.

В первой половине 2026 года полутвердотельные аккумуляторы вступили в первый год своего широкомасштабного внедрения. Высокий спрос на легкие устройства с большим запасом хода в сегменте складной бытовой электроники и аккумуляторов премиум-класса стал историческим поворотным моментом для кремний-углеродных анодов, благодаря чему отрасль перешла от этапа проверки технологий к масштабному производству. Источник сообщает, что объем поставок отечественных кремний-углеродных анодов в первом полугодии 2026 года превысил общий объем поставок за весь 2025 год. Процесс химического осаждения из паровой фазы (CVD) стал основным методом производства благодаря своим преимуществам в подавлении объемного расширения и увеличении срока службы.

В этих условиях логика инвестирования в отрасли претерпевает коренные изменения. Расширение производственных мощностей перестает быть бессистемным наращиванием и становится процессом, направленным на точное согласование технических ограничений с реальным рыночным спросом.

1. Ведущие компании приступили к расширению производственных мощностей на 10 000 тонн с использованием технологии CVD, ускорив тем самым борьбу за долю рынка высокотехнологичной продукции.
2. Чтобы компенсировать высокие производственные затраты и колебания цен на сырье на ранних этапах производственной цепочки, в отрасли наблюдается ускорение вертикальной интеграции в сфере производства пористых углеродных каркасов и кремний-углеродных анодов.

Вся цепочка поставок проходит систематическую техническую модернизацию — от контроля качества пористых углеродных прекурсоров и прецизионного производства наноразмерного кремниевого порошка до усовершенствованного управления процессами осаждения из паровой фазы и нанесения покрытий.

От номинальной мощности до фактического объема поставок: настоящий тест на прочность производственных мощностей

В то время как отрасль сосредоточена на амбициозных целях по наращиванию производственных мощностей, основы конкуренции незаметно изменились. Станет ли запланированная мощность реальным объемом поставок, зависит от трех факторов: стабильности качества партий сырья, скорости прохождения аттестации заказчиками и наращивания объемов производства, а также темпов сближения кривой повышения выхода готовой продукции. Совокупное влияние этих трех факторов определит, какие компании станут лидерами в отрасли производства кремний-углеродных анодов.

Перед производителями стоит более серьезная задача: производство кремний-углеродных анодов включает в себя взаимосвязанные процессы, охватывающие синтез органических прекурсоров, ультрамелкое измельчение, высокотемпературную карбонизацию и осаждение из паровой фазы. Колебания технологического процесса на любом этапе могут усиливаться, что в конечном итоге приводит к различиям в характеристиках элементов. В частности, однородность поровой структуры в каркасе пористого углерода, гранулометрический состав и степень окисления наноразмерного кремниевого порошка, а также равномерность потока силана во время осаждения методом CVD предъявляют требования к точности оборудования и стабильности технологического процесса, превышающие те, что характерны для традиционных материалов литиевых аккумуляторов.

Проблемы в промышленности: систематический обзор трудностей массового производства и технологических путей их преодоления

Основные технические проблемы, возникающие при крупносерийном производстве кремний-углеродных анодов, можно рассмотреть как с точки зрения системы материалов, так и с точки зрения инженерного оборудования.

1. Прекурсоры пористого углерода

• В качестве исходных компонентов для формирования основного каркаса кремний-углеродных анодов, изготовленных методом CVD, микросферы из фенольной смолы непосредственно определяют связность пор карбонизированного пористого углерода благодаря своему распределению по размеру частиц и сферичности.
• В традиционных технологических процессах с использованием растворителей неравномерное испарение растворителя может приводить к образованию морщин на поверхности и появлению частиц размером от 10 до 100 мкм. Степень рекуперации растворителя зачастую не превышает 60%, что создает риск чрезмерных выбросов летучих органических соединений (ЛОС).
• Технологии на водной основе обладают экологическими преимуществами, однако их высокая вязкость затрудняет достижение ультрамелкого распыления, необходимого для получения частиц заданного размера, с помощью традиционных центробежных распылительных сушилок. Неполное испарение воды может привести к остаткам гидроксильных групп, а содержание золы после карбонизации может превышать 2%, что существенно ухудшает однородность последующего осаждения силана.

2. Производство наноразмерного кремниевого порошка

• Влажное ультрамелкое измельчение является основным способом масштабируемого производства, однако традиционные шаровые мельницы потребляют значительное количество энергии при измельчении до наноразмеров, причем в некоторых системах потери, связанные с трением измельчающих тел, составляют более 30%.
• Открытое измельчение может привести к попаданию примесей, а агломерация частиц — к расширению гранулометрического состава.
• Кремниевый порошок также может окисляться в процессе высокотемпературной сушки и прокаливания. При традиционной сушке сложно точно поддерживать низкий уровень содержания кислорода, а образующийся в результате слой оксида напрямую ухудшает исходную кулоновскую эффективность и циклическую стабильность кремний-углеродных композитов.

3. Осаждение и нанесение покрытий методом CVD

• Равномерное осаждение газа силана в пористом углеродном каркасе является ключевым фактором, определяющим срок службы кремний-углеродного анода. Однако управление распределением газа и твердого вещества внутри реакторов с псевдоожиженным слоем и поддержание стабильных температурных и концентрационных полей в промышленных масштабах по-прежнему остаются серьезными инженерными задачами.
• Равномерность толщины и адгезия углеродного покрытия также напрямую влияют на структурную стабильность электрода во время заряда и разряда.

Создание импульса для трансформации: интегрированная система производства от грануляции прекурсора до нанесения Si-C-покрытия

Для устранения этих критических узких мест компания Longxin Smart разработала комплексное решение, охватывающее грануляцию фенольной смолы, измельчение и сушку наноразмерного кремния, высокотемпературную обработку пористого углерода, осаждение из паровой фазы (CVD) и нанесение углеродного покрытия. Полная технологическая цепочка от исходного материала до готового продукта позволяет лучше контролировать процесс массового производства.

1. Грануляция микросфер из фенольной смолы для получения прекурсоров пористого углерода

• В случае систем на основе фенольных смол с растворителем запатентованная компанией Longxin распылительная сушилка с замкнутым контуром BLPG использует в качестве сушильной среды азот высокой чистоты и работает под избыточным давлением. Концентрация кислорода контролируется в режиме реального времени и поддерживается на уровне ниже 3 vol%, а низкотемпературная конденсация обеспечивает коэффициент извлечения растворителя не менее 95% и снижает риск дефлаграции.
• Для фенольных смол на водной основе многофункциональная центробежно-пневматическая распылительная сушилка LPG-Q сочетает в себе центробежное и пневматическое распыление. Она позволяет перерабатывать смолы с высокой вязкостью в ультрадисперсные порошки с показателем D50 5–10 мкм и коэффициентом вариации, соответствующим ведущим отраслевым стандартам. Полученный материал имеет низкое содержание золы после карбонизации, что соответствует строгим требованиям к чистоте исходного материала и размеру частиц для производства высококачественных пористых углеродных каркасов.

2. Производственная линия по измельчению и сушке кремния в наномасштабе

Компания Longxin Smart предлагает комплексное решение для измельчения, сушки и прокалки.

• Нано-двухприводная шаровая мельница с турбинными штифтами использует независимые приводы для измельчения и сепарации. Её конструкция, основанная на центробежной сепарации без сит, позволяет избежать забивания сит и загрязнения металлом.
• Измельчительная камера из карбида кремния и измельчающие элементы из диоксида циркония размером 0,3–0,5 мм позволяют снизить энергопотребление по сравнению с традиционным оборудованием и обеспечивают стабильный контроль размера частиц по показателю D50.
• Для сушки используется полностью герметичная сушилка с циркуляцией азота и мониторингом содержания кислорода в режиме реального времени на уровне не более 500 ppm, а также при температуре материала ниже 60 °C, что позволяет эффективно предотвратить окисление кремния и повреждение кристаллической структуры.
• Непрерывная роторная печь с защитной атмосферой имеет от трёх до пяти независимых температурных зон, точность регулирования температуры ±5 °C и совместимость с азотом, аргоном и другими атмосферами. Она обеспечивает стабильность структуры и чистоту продукта в процессе органического пиролиза.

3. Сушка пористого углерода для изготовления кремний-углеродных анодных материалов

Для обеспечения соответствия специфическим требованиям высокотемпературной обработки пористого углерода высокотемпературная титановая сушилка мгновенного действия компании Longxin Smart изготовлена из коррозионно-стойкого титана, что позволяет ей выдерживать воздействие кислотных или коррозионных сред, одновременно сохраняя чистоту материала и целостность его структуры при повышенных температурах.

4. Реактор с кипящим слоем CVD: основное оборудование для производства Si-C-анодов

Являясь основной технологической установкой для производства кремний-углеродных анодов, реактор с псевдоожиженным слоем компании Longxin использует оптимизированную пластину распределения газа и моделирование поля течения, что позволяет обеспечить равномерную диффузию и осаждение силана в пористом углеродном каркасе.

• Многозонное независимое регулирование температуры позволяет поддерживать стабильную температуру реакции и обеспечивает постоянную толщину осадка и содержание кремния в разных партиях.
• Полностью закрытая система циркуляции и модуль очистки отходящих газов обеспечивают безопасную рекуперацию непрореагировавшего силана и его преобразование в безвредные выбросы, что способствует как безопасности эксплуатации, так и соблюдению экологических норм.
• Реакторы предлагаются в различных конфигурациях — от лабораторных установок килограммового масштаба до производственных установок сотен килограммов, что ускоряет переход от разработки технологического процесса к крупномасштабному производству.

5. Покрытие кремний-углеродных анодных материалов

В распылительной сушилке с замкнутым контуром используется защитная азотная атмосфера для равномерного распыления и быстрой сушки прекурсоров углеродного покрытия. Это предотвращает растрескивание или агломерацию покрытия в процессе сушки, сохраняя целостность структуры «ядро-оболочка» и плотность слоя покрытия.

Постоянная поддержка: полный цикл услуг — от лабораторной валидации до производства в промышленных масштабах

Чтобы удовлетворить высокие требования к точности и стабильности производства материалов для аккумуляторов нового поколения, компания Longxin Smart создала полный технологический цикл — от лабораторного оборудования до производственных линий. Компания предоставляет индивидуальные услуги по принципу “один материал — одна стратегия”, охватывающие проектирование технологических процессов, подбор оборудования, монтаж и ввод в эксплуатацию, а также техническую поддержку на протяжении всего жизненного цикла.

Оборудование лабораторного масштаба помогает заказчикам проверять и оптимизировать параметры технологического процесса до того, как эти параметры будут точно масштабированы для промышленного производства на основе лабораторных данных, что снижает риск ухудшения качества при масштабировании. Система удаленного управления и технического обслуживания обеспечивает оптимизацию технологического процесса на основе облачных технологий и мониторинг оборудования в режиме реального времени, гарантируя стабильную работу в долгосрочной перспективе.

1. Повышение производительности: После карбонизации микросфер из фенольной смолы, изготовленных с использованием комплексного решения компании Longxin, пористый углеродный каркас приобретает улучшенную связность пор, а кремний-углеродные аноды демонстрируют более высокую начальную кулоновскую эффективность. Сохранение ёмкости после 1 000 циклов соответствует требованиям, предъявляемым к высокопроизводительным аккумуляторным батареям.
2. Оптимизация затрат: Технологии рекуперации растворителей и энергосбережения позволяют снизить себестоимость производства одной тонны микросфер, а измельчение кремния в наномасштабе требует меньших затрат энергии, чем традиционные процессы. В совокупности эти усовершенствования способствуют тому, что себестоимость кремний-углеродных анодов опускается ниже порога коммерциализации.
3. Отраслевая экосистема: Компания Longxin наладила партнерские отношения с производителями фенольных смол, поставщиками кремниевого порошка и производителями кремний-углеродных анодов, чтобы создать совместную инновационную платформу, объединяющую материалы, оборудование и технологии, которая способствует широкомасштабному внедрению кремний-углеродных анодов, изготовленных методом химического осаждения из газовой фазы (CVD), в автомобилестроении.

Перспективные разработки: пористый углерод на биологической основе и материалы для аккумуляторов нового поколения

Компания Longxin Smart также готовится к удовлетворению долгосрочных потребностей отрасли, разрабатывая новые технологии сушки биологически полученных пористых углеродных прекурсоров. Биопористый углерод производится из возобновляемых ресурсов, таких как лигнин, целлюлоза и хитозан. Эти материалы обладают естественной трехмерной иерархической структурой пор и потенциалом углеродной нейтральности, а также считаются важным направлением в разработке экологически устойчивых каркасов кремний-углеродных анодов следующего поколения.

Однако экстракты биомассы, как правило, отличаются высокой вязкостью, термочувствительностью и низким содержанием твердых веществ, что создает серьезные трудности при распылительной сушке.

1. Компания «Лонгсинь» разработала специализированные системы распылительной сушки с замкнутым контуром для этих материалов. Низкотемпературный процесс, осуществляемый в атмосфере азота, позволяет сохранить активность прекурсора и получить гранулы микронного размера с высокой степенью сферичности, создавая надежную технологическую базу для коммерциализации пористого углерода биологического происхождения. Это расширяет спектр прекурсоров пористого углерода, производимых компанией Longxin, от нефтехимических до материалов биологического происхождения и предоставляет клиентам более разнообразные и экологически устойчивые решения в области материалов.
2. В таких перспективных областях, как твёрдые электролиты, твёрдые углеродные аноды для натрий-ионных аккумуляторов, а также материалы для хранения и транспортировки водорода, компания Longxin Smart продолжает наращивать технический потенциал и проводить испытания по внедрению технологий в промышленность, создавая экосистему интеллектуального оборудования для энергетико-материальных систем будущего.

По мере того как отрасль производства кремний-углеродных анодов приближается к рубежу между валидацией технологий и крупномасштабным производством, компания Longxin Smart предоставляет основное оборудование и комплексные решения для всех этапов технологического процесса: грануляции, измельчения, сушки, осаждения и нанесения покрытий. От лабораторной валидации технологического процесса до производства масштабом 10 000 тонн — компания предлагает комплексную техническую поддержку на всех этапах. По мере того как отрасль новых источников энергии вступает в более сложный этап трансформации, Longxin продвигает инновации в области оборудования, чтобы помочь китайской отрасли производства материалов для аккумуляторов преодолеть разрыв в массовом производстве и заложить прочную основу — от материалов до технологических процессов — для следующего прорыва в области энергетической плотности литий-ионных аккумуляторов.