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氣流粉碎機在固態(tài)電池中的應用

氣流粉碎機在固態(tài)電池中的應用
諾澤流體科技  2024-09-20  |  閱讀:1398

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固態(tài)電池

固態(tài)電池是一種使用固態(tài)電解質代替?zhèn)鹘y(tǒng)液態(tài)電解質的電池技術。相比傳統(tǒng)鋰離子電池,固態(tài)電池具有更高的安全性、能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性。固態(tài)電池的基本組成通常包括以下幾個部分:


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固態(tài)鋰電池結構


正極材料

正極材料是電池中負責儲存鋰離子的部分,常見的正極材料包括但不限于:

  • 鋰金屬氧化物(如LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4)

  • 鋰鎳錳鈷氧化物(NMC)

  • 鋰鎳鈷鋁氧化物(NCA)


固態(tài)電解質

固態(tài)電解質是固態(tài)電池的核心組成部分,它允許鋰離子在電池充放電過程中通過,同時提供電子絕緣。固態(tài)電解質的材料可以是:

  • 氧化物(如LiPON、LLZO)

  • 硫化物(如Li2S-P2S5)

  • 聚合物(如PEO、PAN)


負極材料

負極材料是電池中鋰離子釋放和嵌入的部分。在固態(tài)電池中,負極材料通常包括:

  • 鋰金屬(如鋰箔)

  • 鋰合金

  • 碳基材料(如石墨烯、硬碳)


主流的固態(tài)電解質分為聚合物、氧化物、硫化物三大路線

  • 聚合物固態(tài)電解質擁有良好的成膜性,但室溫下離子電導率過低,單獨使用無法滿足需求。

  • 氧化物固態(tài)電解質對水氧不敏感且電導率適中,過去在熱穩(wěn)定性與電化學窗口高、而材料價格低的優(yōu)勢加持下,成為國內(nèi)團隊的主流選擇,并搭載半固態(tài)電池實現(xiàn)率先上車。

  • 硫化物固態(tài)電解質由于其具有很好的加工性能以及極高的離子電導率,被認為是全固態(tài)鋰電池中的有利競爭者。與氧化物固態(tài)電解質相比,硫化物固態(tài)電解質合成溫度較低,楊氏模量低,更易加工和致密化,與正負極材料的界面接觸性更好,粉末冷壓成片后便能獲得較高的離子電導率。

  • 硫化物電解質也面臨著在空氣中不穩(wěn)定、合成成本高的問題。由于硫化物遇空氣會迅速水解生成毒性氣體,因此電解質合成需在惰性氣氛環(huán)境下進行,造成研發(fā)、制造、運輸及儲存成本高昂。



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固態(tài)電解質對比


硫化物固態(tài)電解質固相法合成

固相法以高能球磨后熱處理的方法為主,主要工藝流程包括:

(1)球磨:將硫化鋰、五硫化二磷、氯化鋰按照一定的比例混入球磨介質中,將混料加入到球磨機中機械研磨后得到漿料;

(2)干燥:將球磨后得到的漿料在保護氣氛中干燥,得到硫化物固態(tài)電解質前驅體;

(3)燒結:將硫化物固態(tài)電解質前驅體置于惰性氣體保護下的燒結爐中,高溫燒結得到硫化物固態(tài)電解質;(4)破碎:將硫化物固態(tài)電解質加入到氣流粉碎機中經(jīng)過氣流破碎,得到所需粒度的硫化物固態(tài)電解質,氣流粉碎機單獨置于手套箱內(nèi),全程密閉運行。


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固相法制備硫化物固態(tài)電解質工藝流程


密閉隔離氣流粉碎機

密閉隔離氣流粉碎機是一種用于超細粉碎的設備,它在操作過程中可以實現(xiàn)對物料的密閉處理,以防止粉塵外泄和交叉污染。這種粉碎機特別適用于那些需要在無塵、無菌或者有特定環(huán)境要求下進行粉碎的物料。


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密閉隔離氣流粉碎機


  • 密閉系統(tǒng):整個粉碎過程在一個封閉的系統(tǒng)中進行,這意味著物料不會被暴露到外部環(huán)境中,同時也防止了外部污染物進入粉碎室。

  • 隔離操作:操作人員與粉碎過程隔離,通常通過控制面板或自動化系統(tǒng)進行操作,以確保操作安全并減少對操作人員的潛在健康風險。

  • 氣流粉碎原理:物料通過高速氣流的沖擊和剪切力進行粉碎。氣流粉碎機利用壓縮空氣作為動力,將物料加速至超音速,然后在粉碎室內(nèi)與固定或活動的沖擊表面發(fā)生碰撞,實現(xiàn)物料的粉碎。

  • 精細控制:設備通常配備有精確的控制系統(tǒng),允許操作者控制粉碎參數(shù),如氣流速度、溫度、壓力和粉碎時間,以實現(xiàn)對產(chǎn)品粒度和形態(tài)的精確控制。

  • 低交叉污染風險:由于粉碎過程的密閉和隔離特性,物料之間的交叉污染風險被降到最低,這對于制藥、食品加工和高精度化學產(chǎn)品生產(chǎn)尤為重要。

  • 適用于敏感物料:密閉隔離氣流粉碎機適用于處理易燃、易爆、有毒或具有特殊衛(wèi)生要求的物料。

  • 易于清潔和維護:設備設計考慮到了清潔和維護的便利性,通常可以快速拆卸和清潔,以滿足不同批次生產(chǎn)的需求。

  • 環(huán)境友好:由于減少了粉塵逸散和噪音污染,密閉隔離氣流粉碎機對工作環(huán)境和周圍環(huán)境的影響較小。


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密閉隔離器氣流粉碎機


在電池材料制備中,如正極材料或負極材料的生產(chǎn),密閉隔離氣流粉碎機可以用于制備具有一致粒度和形態(tài)的電池材料,這對于提高電池性能至關重要。


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