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氣流粉碎機(jī)在固態(tài)電池中的應(yīng)用

氣流粉碎機(jī)在固態(tài)電池中的應(yīng)用
諾澤流體科技  2024-09-20  |  閱讀:590

固態(tài)電池

固態(tài)電池是一種使用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)的電池技術(shù)。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(gè)部分:


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固態(tài)鋰電池結(jié)構(gòu)


正極材料

正極材料是電池中負(fù)責(zé)儲(chǔ)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(zhì)

固態(tài)電解質(zhì)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(shí)提供電子絕緣。固態(tài)電解質(zhì)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(fù)極材料

負(fù)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(fù)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(zhì)分為聚合物、氧化物、硫化物三大路線

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

  • 氧化物固態(tài)電解質(zhì)對(duì)水氧不敏感且電導(dǎo)率適中,過去在熱穩(wěn)定性與電化學(xué)窗口高、而材料價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)加持下,成為國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)的主流選擇,并搭載半固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)率先上車。

  • 硫化物固態(tài)電解質(zhì)由于其具有很好的加工性能以及極高的離子電導(dǎo)率,被認(rèn)為是全固態(tài)鋰電池中的有利競(jìng)爭(zhēng)者。與氧化物固態(tài)電解質(zhì)相比,硫化物固態(tài)電解質(zhì)合成溫度較低,楊氏模量低,更易加工和致密化,與正負(fù)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(dǎo)率。

  • 硫化物電解質(zhì)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(huì)迅速水解生成毒性氣體,因此電解質(zhì)合成需在惰性氣氛環(huán)境下進(jìn)行,造成研發(fā)、制造、運(yùn)輸及儲(chǔ)存成本高昂。



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固態(tài)電解質(zhì)對(duì)比


硫化物固態(tài)電解質(zhì)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(zhì)中,將混料加入到球磨機(jī)中機(jī)械研磨后得到漿料;

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

(3)燒結(jié):將硫化物固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體置于惰性氣體保護(hù)下的燒結(jié)爐中,高溫?zé)Y(jié)得到硫化物固態(tài)電解質(zhì);(4)破碎:將硫化物固態(tài)電解質(zhì)加入到氣流粉碎機(jī)中經(jīng)過氣流破碎,得到所需粒度的硫化物固態(tài)電解質(zhì),氣流粉碎機(jī)單獨(dú)置于手套箱內(nèi),全程密閉運(yùn)行。


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固相法制備硫化物固態(tài)電解質(zhì)工藝流程


密閉隔離氣流粉碎機(jī)

密閉隔離氣流粉碎機(jī)是一種用于超細(xì)粉碎的設(shè)備,它在操作過程中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的密閉處理,以防止粉塵外泄和交叉污染。這種粉碎機(jī)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(jìn)行粉碎的物料。


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密閉隔離氣流粉碎機(jī)


  • 密閉系統(tǒng):整個(gè)粉碎過程在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中進(jìn)行,這意味著物料不會(huì)被暴露到外部環(huán)境中,同時(shí)也防止了外部污染物進(jìn)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(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行操作,以確保操作安全并減少對(duì)操作人員的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。

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

  • 精細(xì)控制:設(shè)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(shí)間,以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品粒度和形態(tài)的精確控制。

  • 低交叉污染風(fēng)險(xiǎn):由于粉碎過程的密閉和隔離特性,物料之間的交叉污染風(fēng)險(xiǎn)被降到最低,這對(duì)于制藥、食品加工和高精度化學(xué)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(jī)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(hù):設(shè)備設(shè)計(jì)考慮到了清潔和維護(hù)的便利性,通??梢钥焖俨鹦逗颓鍧崳詽M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(jī)對(duì)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(jī)


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


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