Bahan katoda dan anoda baterai lithium-ion adalah bahan bubuk khas.
Mesin penghancur ultrahalus memainkan peran penting dalam bahan bubuk.
Ini memengaruhi ukuran partikel, luas permukaan spesifik, dan kerapatan pengepakan bubuk elektroda, yang memengaruhi kecepatan reaksi baterai dan kerapatan energi.
Ini memiliki dampak yang signifikan terhadap keluaran dan kinerja siklus baterai.
Karakteristik serbuk berhubungan langsung dengan kinerja baterai, sehingga desain dan pemrosesan material elektroda sangat penting. Makalah ini akan memperkenalkan penerapan teknologi serbuk pada material elektroda baterai litium.
Bahan elektroda dan teknologi bubuk
Mengontrol ukuran partikel bahan elektroda
Ukuran partikel bahan elektroda memainkan peran yang menentukan dalam kinerja baterai lithium-ion. Secara umum, ukuran partikel bahan elektroda secara langsung memengaruhi persiapan bubur baterai dan lembaran elektroda. Bubur berukuran partikel besar memiliki viskositas rendah dan fluiditas yang baik, membutuhkan lebih sedikit pelarut dan kandungan padatan yang lebih tinggi. Ketika ukuran partikel bubuk berkurang, kepadatan dan kapasitas kompak dapat ditingkatkan sampai batas tertentu.
Ukuran partikel bahan elektroda biasanya diuji menggunakan penganalisis ukuran partikel laser, dengan diameter ekuivalen D50 dari partikel terbesar dalam kurva distribusi kumulatif sebagai ukuran partikel rata-rata. Mengambil bahan katode sebagai contoh, ukuran partikel dan distribusi bahan katode terkait erat dengan proses persiapan, sintering, dan penghancuran prekursor.
Misalnya, litium kobaltat umumnya dibuat menggunakan Co3O4 dan litium karbonat sebagai bahan baku. Karakteristik sinteringnya sangat baik, sehingga kebutuhan bahan bakunya relatif rendah. Litium manganat sebagian besar menggunakan bahan baku yang sama dengan baterai mangan alkali—mangan dioksida elektrolit (EMD). Proses produksinya melibatkan pengendapan pelat MnO2 utuh melalui proses elektrolit, kemudian mengupas dan menghancurkannya untuk mendapatkan bahan tersebut.
Bahan baku biasanya memiliki partikel besar yang tidak beraturan, sehingga prekursor sumber mangan berbentuk bulat digunakan untuk mengendalikan distribusi ukuran partikel. Untuk bahan seperti litium nikel kobalt oksida, nikel kobalt mangan oksida, dan nikel kobalt aluminium oksida, kopresipitasi kimia umumnya digunakan dalam produksi industri untuk mencapai pencampuran unsur-unsur seperti Ni, Co, Mn, dan Al pada tingkat atom. Kepadatan tinggi dicapai dengan mengendalikan kristalisasi, dan proses ini termasuk dalam domain teknik pengendalian ukuran partikel bubuk.
Mengontrol luas permukaan spesifik bahan elektroda
Secara umum, semakin besar luas permukaan spesifik bahan elektroda, semakin baik kemampuan laju baterai. Namun, baterai lebih rentan bereaksi dengan bahan elektrolit, yang menyebabkan kinerja siklus dan penyimpanan yang lebih buruk. Luas permukaan spesifik terkait erat dengan ukuran dan distribusi partikel, porositas permukaan, pelapisan permukaan, dan faktor lainnya. Dalam sistem litium kobaltat, bahan elektroda dengan ukuran partikel yang lebih kecil sesuai dengan luas permukaan spesifik tertinggi.
Karena konduktivitas litium besi fosfat yang buruk, partikelnya dirancang dalam bentuk agregat berskala nano, dengan lapisan karbon amorf, sehingga menghasilkan luas permukaan spesifik tertinggi di antara semua bahan elektroda positif. Dibandingkan dengan bahan berbasis kobalt, bahan berbasis mangan secara inheren sulit disinter dan biasanya memiliki luas permukaan spesifik yang lebih besar.
Pengendalian luas permukaan spesifik sangat penting untuk memenuhi persyaratan baterai. Hal ini didasarkan pada sifat material. Ini juga merupakan penerapan teknologi serbuk dalam persiapan material elektroda.
Mengontrol morfologi partikel bahan elektroda
Aplikasi umum untuk meningkatkan kinerja material elektroda melalui morfologi partikel adalah sferoidisasi grafit alami. Saat ini, aplikasi produsen material anoda baterai lithium-ion secara bertahap bergerak menuju pengurangan biaya. Oleh karena itu, penelitian global tentang grafit alami sangat penting. Meskipun grafit alami memiliki keunggulan kapasitas tinggi dan tegangan pelepasan yang stabil sebagai anoda, ia juga memiliki kelemahan yang signifikan:
Selama proses pengisian, molekul pelarut akan berko-interkalasi dengan ion litium ke dalam lapisan grafit, yang menyebabkan lapisan grafit “terkelupas”, sehingga mengakibatkan kerusakan struktural dan penurunan kinerja siklus elektroda secara cepat.
Pada saat yang sama, grafit alami biasa memiliki struktur berlapis yang berkembang dengan baik dan berbentuk lembaran. Selama pengisian, grafit mudah sejajar dengan lembaran elektroda, yang meningkatkan jarak difusi untuk ion litium, meningkatkan resistansi difusi dan mengurangi kinerja pengisian dan pengosongan.
Setelah sferoidisasi partikel grafit alam, lapisan grafit terdistribusi ke segala arah.
Orientasi yang disukai menjadi lebih kecil, dan distribusinya lebih seragam. Jalur difusi ion litium lebih pendek, yang meningkatkan efisiensi pelepasan.
Demikian pula, jenis material lain dapat dimodifikasi melalui sferoidisasi yang tepat. Pada saat yang sama, sferoidisasi meningkatkan pengemasan material serbuk dan distribusi yang seragam. Hal ini selanjutnya meningkatkan kepadatan energi volumetrik dan kinerja siklus baterai lithium-ion.
Modifikasi permukaan dengan pelapisan dengan bahan bubuk lainnya
Material terner nikel-kobalt-mangan (NCM) saat ini merupakan material katode yang paling banyak digunakan untuk baterai daya. Seiring meningkatnya permintaan akan kepadatan energi yang tinggi, masalah seperti stabilitas struktural yang buruk dan sensitivitas kelembapan setelah kandungan nikel yang tinggi menimbulkan tantangan untuk aplikasi praktis. Produsen baterai litium papan atas sering menggunakan pelapis permukaan untuk menyesuaikan kinerja material.
Pelapis permukaan dapat secara efektif menstabilkan struktur material nikel tinggi. Teknologi pelapisan permukaan mengurangi area kontak antara material elektroda dan elektrolit. Hal ini mengurangi reaksi samping antara pengotor permukaan dan elektrolit, sehingga meningkatkan konduktivitas elektronik. Hal ini meningkatkan stabilitas material katode terner dan meningkatkan siklus hidup. Material pelapisan permukaan yang umum meliputi oksida logam, fosfat, dan material elektroda stabil lainnya.
Pencampuran dan pendispersian berbagai bahan bubuk
Dalam produksi elektroda baterai litium-ion, berbagai komponen seperti bahan aktif, pengikat, pelarut, dan aditif ditambahkan dan dicampur untuk membentuk bubur.
Oleh karena itu, dispersi partikel dan keseragaman komposisi menjadi sangat penting.
Selama proses pengadukan yang sebenarnya, material elektroda mengalami perubahan yang sangat kompleks. Selain interaksi fisik yang kuat, ada juga interaksi kimia tertentu.
Bahkan jika keseragaman tercapai secara makroskopis, beberapa gumpalan partikel material mungkin masih ada di bawah mikroskop. Oleh karena itu, pencampuran material elektroda tidak hanya harus seragam secara makroskopis tetapi juga relatif seragam secara mikroskopis. Semakin seragam campurannya, semakin membantu meningkatkan kinerja baterai.
Selain itu, pencampuran seragam dua atau lebih bahan elektroda dapat meningkatkan kinerja baterai atau mencapai optimalisasi biaya.
Dengan kemajuan dan peningkatan teknologi baterai yang berkelanjutan, peralatan produksi seperti sistem homogenisasi baterai lithium dan sistem pengiriman bubuk juga terus berinovasi dan ditingkatkan.
Banyak pemasok peralatan baterai litium mempelajari mekanisme pencampuran dan penyebaran secara mendalam. Sasaran mereka adalah mencapai integrasi lini produksi yang lebih tinggi, efisiensi yang lebih tinggi, konsumsi energi yang lebih rendah, dan manufaktur yang lebih cerdas. Kemajuan ini menjadi dasar bagi perbaikan proses dan manufaktur produk berkualitas tinggi. Kemajuan ini juga merupakan representasi industrialisasi teknologi serbuk.
kesimpulan
Teknologi serbuk memiliki banyak aplikasi dalam pemrosesan bahan elektroda baterai litium dan bahkan dalam pembuatan baterai. Teknologi serbuk tidak dapat dipisahkan dari mesin pulverizer ultrafine. Teknologi Pemrosesan Serbuk dari mesin pulverizer ultrafine telah menjadi teknik utama dalam persiapan, pasca-pemrosesan, dan produksi elektroda produk baterai litium, seperti baterai sepeda motor dan pencari ikan. Teknologi ini memainkan peran penting dalam meningkatkan kinerja baterai lithium-ion.
Industri bubuk mencakup banyak sektor, dengan peralatan dan prinsip proses yang saling tumpang tindih.
Memperoleh wawasan baru tentang material elektroda baterai litium dari perspektif teknologi bubuk membantu memadukan aspek-aspek utama persiapan dan aplikasi material. Pendekatan ini dapat mengidentifikasi peluang inovasi baru dan selanjutnya mendorong pengembangan industri baterai litium.
bubuk epik
Bubuk Epik, 20+ tahun pengalaman kerja di industri bubuk ultrafine. Secara aktif mempromosikan pengembangan bubuk ultra-fine di masa depan, dengan fokus pada proses penghancuran, penggilingan, pengklasifikasian, dan modifikasi bubuk ultra-fine. Hubungi kami untuk konsultasi gratis dan solusi yang disesuaikan! Tim ahli kami berdedikasi untuk menyediakan mesin dan layanan penghancur ultrafine berkualitas tinggi untuk memaksimalkan nilai pemrosesan bubuk Anda. Epic Powder—Ahli Pemrosesan Bubuk Tepercaya Anda!
