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砂磨機(jī)在固態(tài)電池應(yīng)用中的關(guān)鍵作用解析

砂磨機(jī)在固態(tài)電池應(yīng)用中的關(guān)鍵作用解析
儒特  2019-12-09  |  閱讀:1915

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砂磨機(jī)是目前物料適應(yīng)性廣、先進(jìn)、效率高的研磨設(shè)備,研磨腔狹窄,撥桿間隙小,研磨能量密集,配合高性能的冷卻系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)物料連續(xù)加工連續(xù)出料,極大的提高了生產(chǎn)效率。

 

 

當(dāng)前主流鋰電池使用液態(tài)電解質(zhì),存在起火等安全隱患,且特定體積內(nèi)能夠儲(chǔ)存的能量有限,用固態(tài)電解質(zhì)替換傳統(tǒng)鋰離子電池中的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)可以極大緩解安全問題,且有望突破能量密度的“玻璃天花板”,固態(tài)電池應(yīng)運(yùn)而生。固態(tài)電池,是一種使用固體正負(fù)極和固體電解質(zhì),不含有任何液體,所有材料都由固態(tài)材料組成的電池。據(jù)預(yù)測(cè),2020年固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)有望取得突破性進(jìn)展,在成本、能量密度和生產(chǎn)過程等方面進(jìn)一步趕超鋰離子電池技術(shù)。

 

 

固態(tài)電池的生產(chǎn)當(dāng)然也離不開砂磨機(jī),下面我們以石榴石結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)為例,介紹砂磨機(jī)在固態(tài)電池中的應(yīng)用。

 

Ta摻雜Li7La3Zr2O12Ta-LLZO)石榴石結(jié)構(gòu)固體電解質(zhì)具備室溫電導(dǎo)率高,對(duì)金屬鋰穩(wěn)定和可在空氣環(huán)境下制備等優(yōu)點(diǎn),是下一代高安全性固態(tài)電池的固體電解質(zhì)材料的候選者之一。其結(jié)構(gòu)中Ta5+取代Zr4+引入Li空位,一方面穩(wěn)定立方相,另一方面提高電導(dǎo)率。在眾多制備Ta-LLZO粉體的方法中,固相反應(yīng)法(SolidStateReaction,SSR)是最實(shí)用的可大規(guī)模生產(chǎn)預(yù)燒粉的方法。在壓制成型和燒結(jié)之前,一般會(huì)將預(yù)燒粉研磨至亞微米級(jí)以提高其燒結(jié)活性。

 

 

F為一個(gè)典型的砂磨后的Ta-LLZO顆粒的STEM照片。經(jīng)過砂磨的細(xì)顆粒表面較為粗糙,對(duì)其中白色虛線框標(biāo)記的區(qū)域做選區(qū)電子衍射(SAED),結(jié)果如圖G所示。電子衍射花樣為展寬明顯的多晶德拜環(huán),最亮的環(huán)對(duì)應(yīng)于晶面間距為0.31nm(240)面。該面間距比純Ta-LLZO粉體和H+交換后的Ta-LLZO晶格中的數(shù)值大。說明砂磨后的細(xì)Ta-LLZO顆粒表面和內(nèi)部晶格變形并多晶化。圖H為顆粒表面的HRTEM原子排列圖像。該圖像表明,Ta-LLZO在極小的疇區(qū)內(nèi)(1~2nm)有序排列,但不同疇區(qū)的排列完全是無(wú)序的,進(jìn)一步證實(shí)了砂磨顆粒的多晶化,利于后續(xù)燒結(jié)。

 

F:Ta-LLZO顆粒的STEM

G:Ta-LLZO顆粒的Ta-LLZO顆粒的照片

 

H:Ta-LLZO顆粒表面的HRTEM原子排列圖像

 

由此可見,固態(tài)電解質(zhì)的制備工藝更加精細(xì)化,對(duì)粉體粒度的要求也更高,傳統(tǒng)的球磨設(shè)備不足以滿足其要求,所以生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)離不開砂磨機(jī)。


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