Vật liệu catốt và anot của pin lithium-ion là vật liệu bột điển hình.
Máy nghiền siêu mịn đóng vai trò quan trọng trong vật liệu bột.
Nó ảnh hưởng đến kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng và mật độ đóng gói của bột điện cực, từ đó ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng của pin và mật độ năng lượng.
Nó có tác động đáng kể đến hiệu suất đầu ra và chu kỳ hoạt động của pin.
Đặc tính bột liên quan trực tiếp đến hiệu suất của pin, do đó việc thiết kế và xử lý vật liệu điện cực là rất quan trọng. Bài báo này sẽ giới thiệu ứng dụng công nghệ bột trong vật liệu điện cực pin lithium.
Vật liệu điện cực và công nghệ bột
Kiểm soát kích thước hạt của vật liệu điện cực
Kích thước hạt của vật liệu điện cực đóng vai trò quyết định trong hiệu suất của pin lithium-ion. Nhìn chung, kích thước hạt của vật liệu điện cực ảnh hưởng trực tiếp đến việc chuẩn bị bùn pin và tấm điện cực. Bùn có kích thước hạt lớn có độ nhớt thấp và tính lưu động tốt, cần ít dung môi hơn và hàm lượng chất rắn cao hơn. Khi kích thước hạt bột giảm, mật độ và dung lượng nén có thể được cải thiện ở một mức độ nào đó.
Kích thước hạt của vật liệu điện cực thường được kiểm tra bằng máy phân tích kích thước hạt laser, với đường kính tương đương D50 của hạt lớn nhất trong đường cong phân phối tích lũy là kích thước hạt trung bình. Lấy vật liệu catốt làm ví dụ, kích thước hạt và phân phối của vật liệu catốt có liên quan chặt chẽ đến quá trình chuẩn bị, thiêu kết và nghiền của tiền chất.
Ví dụ, lithium cobaltate thường được chế tạo bằng Co3O4 và lithium carbonate làm nguyên liệu thô. Đặc tính thiêu kết của nó rất tốt, vì vậy yêu cầu về nguyên liệu thô tương đối thấp. Lithium manganate chủ yếu sử dụng cùng nguyên liệu thô như pin mangan kiềm—mangan dioxide điện phân (EMD). Quy trình sản xuất bao gồm việc lắng đọng toàn bộ tấm MnO2 thông qua quy trình điện phân, sau đó bóc tách và nghiền nát để thu được vật liệu.
Nguyên liệu thô thường có các hạt lớn không đều, do đó, các tiền chất nguồn mangan hình cầu được sử dụng để kiểm soát sự phân bố kích thước hạt. Đối với các vật liệu như oxit lithium niken coban, oxit niken coban mangan và oxit niken coban nhôm, quá trình đồng kết tủa hóa học thường được sử dụng trong sản xuất công nghiệp để đạt được sự pha trộn ở cấp độ nguyên tử của các nguyên tố như Ni, Co, Mn và Al. Mật độ cao đạt được bằng cách kiểm soát quá trình kết tinh và các quá trình này thuộc phạm vi của các kỹ thuật kiểm soát kích thước hạt dạng bột.
Kiểm soát diện tích bề mặt riêng của vật liệu điện cực
Nhìn chung, diện tích bề mặt riêng của vật liệu điện cực càng lớn thì khả năng tốc độ của pin càng tốt. Tuy nhiên, nó dễ phản ứng với vật liệu điện phân hơn, dẫn đến hiệu suất tuần hoàn và lưu trữ kém hơn. Diện tích bề mặt riêng có liên quan chặt chẽ đến kích thước và sự phân bố hạt, độ xốp bề mặt, lớp phủ bề mặt và các yếu tố khác. Trong hệ thống lithium cobaltate, vật liệu điện cực có kích thước hạt nhỏ hơn tương ứng với diện tích bề mặt riêng cao nhất.
Do độ dẫn điện kém của lithium iron phosphate, các hạt của nó được thiết kế dưới dạng các tập hợp nano, với lớp phủ carbon vô định hình, tạo ra diện tích bề mặt riêng cao nhất trong số tất cả các vật liệu điện cực dương. So với vật liệu gốc coban, vật liệu gốc mangan vốn khó thiêu kết và thường có diện tích bề mặt riêng lớn hơn.
Kiểm soát diện tích bề mặt riêng là điều cần thiết để đáp ứng các yêu cầu về pin. Điều này dựa trên các đặc tính vật liệu. Đây cũng là ứng dụng của công nghệ bột trong việc chuẩn bị vật liệu điện cực.
Kiểm soát hình thái hạt của vật liệu điện cực
Một ứng dụng điển hình của việc cải thiện hiệu suất vật liệu điện cực thông qua hình thái hạt là hình cầu hóa than chì tự nhiên. Hiện nay, ứng dụng của các nhà sản xuất vật liệu anot pin lithium-ion đang dần chuyển sang giảm chi phí. Do đó, nghiên cứu toàn cầu về than chì tự nhiên là rất quan trọng. Mặc dù than chì tự nhiên có ưu điểm là dung lượng cao và điện áp phóng điện ổn định khi làm anot, nhưng nó cũng có những nhược điểm đáng kể:
Trong quá trình sạc, các phân tử dung môi xen kẽ với các ion lithium vào các lớp than chì, khiến các lớp than chì bị “tách lớp”, dẫn đến hư hỏng cấu trúc và làm giảm nhanh hiệu suất chu kỳ điện cực.
Đồng thời, than chì tự nhiên thông thường có cấu trúc lớp phát triển tốt và ở dạng tấm. Trong quá trình nạp, nó dễ dàng căn chỉnh song song với tấm điện cực, làm tăng khoảng cách khuếch tán cho các ion lithium, tăng điện trở khuếch tán và làm giảm hiệu suất sạc và xả.
Sau khi các hạt than chì tự nhiên được hình cầu hóa, các lớp than chì được phân bố theo mọi hướng.
Hướng ưu tiên trở nên nhỏ hơn và phân phối đồng đều hơn. Đường khuếch tán của ion lithium ngắn hơn, cải thiện hiệu suất xả.
Tương tự như vậy, các loại vật liệu khác có thể được sửa đổi thông qua quá trình cầu hóa thích hợp. Đồng thời, quá trình cầu hóa cải thiện việc đóng gói vật liệu bột và phân phối đồng đều. Điều này càng nâng cao mật độ năng lượng thể tích và hiệu suất tuần hoàn của pin lithium-ion.
Sửa đổi bề mặt bằng cách phủ các vật liệu bột khác
Vật liệu ba thành phần niken-coban-mangan (NCM) hiện là vật liệu catốt được sử dụng rộng rãi nhất cho pin điện. Khi nhu cầu về mật độ năng lượng cao tăng lên, các vấn đề như độ ổn định cấu trúc kém và độ nhạy độ ẩm sau khi hàm lượng niken cao gây ra thách thức cho các ứng dụng thực tế. Các nhà sản xuất pin lithium hàng đầu thường sử dụng lớp phủ bề mặt để điều chỉnh hiệu suất của vật liệu.
Lớp phủ bề mặt có thể ổn định hiệu quả cấu trúc của vật liệu có hàm lượng niken cao. Công nghệ phủ bề mặt làm giảm diện tích tiếp xúc giữa vật liệu điện cực và chất điện phân. Điều này làm giảm phản ứng phụ giữa tạp chất bề mặt và chất điện phân, cải thiện độ dẫn điện tử. Nó tăng cường độ ổn định của vật liệu catốt ba thành phần và tăng tuổi thọ chu kỳ. Các vật liệu phủ bề mặt phổ biến bao gồm oxit kim loại, phosphat và các vật liệu điện cực ổn định khác.
Trộn và phân tán các loại vật liệu bột khác nhau
Trong quá trình sản xuất điện cực pin lithium-ion, nhiều thành phần khác nhau như vật liệu hoạt tính, chất kết dính, dung môi và phụ gia được thêm vào và trộn lại để tạo thành hỗn hợp sệt.
Do đó, sự phân tán của các hạt và tính đồng nhất của thành phần trở nên rất quan trọng.
Trong quá trình khuấy thực tế, vật liệu điện cực trải qua những thay đổi rất phức tạp. Ngoài các tương tác vật lý mạnh, còn có một số tương tác hóa học nhất định.
Ngay cả khi đạt được sự đồng nhất về mặt vĩ mô, một số hạt vật liệu kết tụ vẫn có thể tồn tại dưới kính hiển vi. Do đó, việc trộn vật liệu điện cực không chỉ phải đồng nhất về mặt vĩ mô mà còn phải tương đối đồng nhất về mặt vi mô. Hỗn hợp càng đồng nhất thì càng giúp cải thiện hiệu suất của pin.
Ngoài ra, việc trộn đồng đều hai hoặc nhiều vật liệu điện cực có thể cải thiện hiệu suất pin hoặc tối ưu hóa chi phí.
Với sự tiến bộ và nâng cấp liên tục của công nghệ pin, các thiết bị sản xuất như hệ thống đồng nhất pin lithium và hệ thống cung cấp bột cũng không ngừng đổi mới và nâng cấp.
Nhiều nhà cung cấp thiết bị pin lithium nghiên cứu sâu về cơ chế trộn và phân tán. Mục tiêu của họ là đạt được sự tích hợp dây chuyền sản xuất cao hơn, hiệu quả cao hơn, mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn và sản xuất thông minh hơn. Những tiến bộ này tạo thành nền tảng cho cải tiến quy trình và sản xuất sản phẩm chất lượng cao. Chúng cũng đại diện cho công nghiệp hóa công nghệ bột.
Phần kết luận
Công nghệ bột có nhiều ứng dụng trong quá trình xử lý vật liệu điện cực pin lithium và thậm chí trong sản xuất pin. Công nghệ bột không thể tách rời khỏi máy nghiền siêu mịn. Công nghệ xử lý bột của máy nghiền siêu mịn đã trở thành một kỹ thuật quan trọng trong quá trình chuẩn bị, xử lý sau và sản xuất điện cực của các sản phẩm pin lithium, chẳng hạn như pin xe máy và máy dò cá. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất của pin lithium-ion.
Ngành công nghiệp bột trải dài trên nhiều lĩnh vực, với các nguyên tắc về thiết bị và quy trình chồng chéo nhau.
Việc có được những hiểu biết mới về vật liệu điện cực pin lithium từ góc độ công nghệ bột giúp tích hợp các khía cạnh chính của quá trình chuẩn bị và ứng dụng vật liệu. Cách tiếp cận này có thể xác định các cơ hội đổi mới mới và thúc đẩy hơn nữa sự phát triển của ngành công nghiệp pin lithium.
bột sử thi
Bột Epic, Hơn 20 năm kinh nghiệm làm việc trong ngành bột siêu mịn. Tích cực thúc đẩy sự phát triển trong tương lai của bột siêu mịn, tập trung vào quá trình nghiền, nghiền, phân loại và sửa đổi bột siêu mịn. Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn miễn phí và các giải pháp tùy chỉnh! Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi tận tâm cung cấp máy nghiền siêu mịn chất lượng cao và các dịch vụ để tối đa hóa giá trị chế biến bột của bạn. Epic Powder—Chuyên gia chế biến bột đáng tin cậy của bạn!
