Катодныя матэрыялы, адзін з чатырох асноўных матэрыялаў у літыевыя батарэі (катод, анод, сепаратар і электраліт) з'яўляюцца найважнейшымі кампанентамі літыевых акумулятараў. Яны таксама складаюць значную частку кошту акумулятара. Кошт катодных матэрыялаў у значнай ступені вызначае цану акумулятара. Сярод катодных матэрыялаў для літыевых акумулятараў асноўнымі матэрыяламі з'яўляюцца аксід літыя-кобальту (LCO), фасфат літыя-жалеза (LFP), фасфат літыя-марганца-жалеза (LMFP), аксід літыя-кобальту-марганца-літыя (NCM) і аксід літыя-марганца (LMO) і іншыя. Іх вытворчыя працэсы нязначна адрозніваюцца, але асноўныя прынцыпы падобныя. Матэрыялы-папярэднікі змешваюцца з карбанатам літыя або гідраксідам літыя, а затым награваюцца пры высокіх тэмпературах для атрымання прадукту.
Працэс вытворчасці фасфату літыя і жалеза ў асноўным уключае два метады: цвёрдафазны і вадкафазны. Цвёрдафазны метад мае розныя падыходы, такія як метад фасфатнага жалеза, метад жалеза, метад чырвонага жалеза і метад аксалатнага жалеза. Кожны з іх мае свае перавагі і недахопы. Вадкафазны метад, у асноўным прадстаўлены метадам самавыпарвання ў вадкай фазе, распрацаваным Defang Nano, мае высокі тэхналагічны бар'ер. У гэтым артыкуле ў якасці прыкладу будзе растлумачаны асноўны метад фасфатнага жалеза.
Змешванне і драбненне
Рэакцыйныя матэрыялы здрабняюцца і старанна змешваюцца, каб забяспечыць эфектыўнае праходжанне рэакцыі падчас наступнага працэсу спякання. Абсталяванне, якое выкарыстоўваецца на гэтым этапе, — гэта пясчаны млын. Асноўная сыравіна, у тым ліку фасфат жалеза, карбанат літыя, крыніца вугляроду (напрыклад, глюкоза, цукроза, поліэтыленгліколь і г.д.), дыспергуючы агент і дадаткі, дадаюцца ў змешвальнае абсталяванне ў дакладных стехіаметрычных прапорцыях. Для папярэдняга дысперсавання выкарыстоўваецца чыстая вада або этанол, а затым здрабняюцца ў пясчаным млыне. Гэты працэс працягваецца да дасягнення патрэбнага памеру часціц (звычайна менш за 500 нм).
Фасфат жалеза і карбанат літыя з'яўляюцца асноўнымі рэагентамі. Крыніца вугляроду адыгрывае важную ролю ў фарміраванні вугляроднага пакрыцця на паверхні фасфату літыя і жалеза падчас высокатэмпературнага спякання. Гэта паляпшае яго праводнасць і прадухіляе ўтварэнне Fe³⁺. Дыспергуючы агент паляпшае дысперсію і ўтрыманне цвёрдых рэчываў у суспензіі. Некаторыя высокамалекулярныя матэрыялы таксама ўтвараюць вугляроднае пакрыццё пасля спякання, каб палепшыць характарыстыкі матэрыялу.
Такія дабаўкі, як праводны графіт, вугляродныя нанатрубкі або аксіды металаў, паляпшаюць праводнасць, высокія/нізкія тэмпературы і цыклічную стабільнасць канчатковага прадукту.
Распыляльная сушка
На гэтым этапе з змяшанай суспензіі, атрыманай у выніку працэсу драбнення, выдаляецца растваральнік. Гэта пераўтварае суспензію ў сухі парашок для наступнага працэсу спякання. Выкарыстоўваецца распыляльная сушылка.
Суспензія распыляецца на дробныя кроплі з дапамогай цэнтрабежнай фарсункі. Затым гэтыя кроплі ўступаюць у кантакт з нагрэтым паветрам. Пры гэтым растваральнік выпараецца, пакідаючы цвёрдыя часціцы парашка. Затым гэтыя часціцы збіраюцца цыклонным сепаратарам. Працэс распыляльнай сушкі ператварае суспензію ў сухі парашок, гатовы да спякання.
Спяканне
Парашкападобная сумесь падвяргаецца высокатэмпературнай рэакцыі ў печы, абароненай азотам, што з'яўляецца ключавым этапам працэсу. Тэмпература і працягласць працэсу спякання непасрэдна ўплываюць на характарыстыкі канчатковага прадукту. Абсталяванне, якое выкарыстоўваецца, звычайна ўяўляе сабой ролікавую печ, даўжыня якой можа складаць некалькі метраў.
Асноўная рэакцыя выглядае наступным чынам:
FePO₄ + Li₂CO₃ + C₆H₁₂O₆ → LiFePO₄/C + H₂O + CO₂
Высушаны распыленнем парашок змяшчаюць у тыглі і награваюць у печы ў атмасферы азоту пры тэмпературы ад 700 да 800°C на працягу некалькіх гадзін (звычайна ад 10 да 20 гадзін). Пасля астуджэння атрымліваюць прадукт. Да спякання парашок мае светла-жоўты колер, а пасля спякання ён становіцца чорным.
Звыштонкае шліфаванне і выдаленне жалеза
Пасля спякання прадукт фасфату літыя і жалеза неабходна дадаткова здрабніць, каб дасягнуць патрэбнага памеру часціц. Падчас вытворчага працэсу могуць трапляць прымешкі жалеза. Гэтыя прымешкі неабходна выдаліць.
Гэта можна зрабіць з дапамогай такога абсталявання, як рэактыўны млын (паветраструменевы млын), абсталяваны прыладай для выдалення жалеза. Струменевыя млыны могуць эфектыўна памяншаць памер часціц, адначасова аддзяляючы прымешкі. Гэта гарантуе высокую чысціню канчатковага прадукту фасфату літыя і жалеза. Пасля выдалення жалеза прадукт пакуецца для адпраўкі.
Заключэнне
Літый-жалезафасфат з'яўляецца асноўным катодным матэрыялам для літыевых акумулятараў. Ён пераважны дзякуючы нізкай кошту, высокай бяспецы і працягламу тэрміну службы. Гэтыя характарыстыкі робяць яго дамінуючым на рынку. Метад фасфатнага жалеза з'яўляецца асноўным спосабам вытворчасці літый-жалезафасфату. Нягледзячы на тое, што працэс адносна просты, якасць канчатковага прадукту моцна залежыць ад якасці папярэдніка фасфату жалеза.
Іншыя метады, такія як метад з аксалатным жалезам, паступова заваёўваюць долю рынку. Гэтыя метады дазваляюць атрымліваць матэрыялы з больш высокай шчыльнасцю пасля нарэзкі.
Epic Powder, вядучы вытворца струменевых млыноў, прапануе перадавыя і эфектыўныя рашэнні па апрацоўцы парашка для прамысловасці літыевых акумулятараў. Яго сучаснае абсталяванне для струменевых млыноў выдатна спраўляецца як з памяншэннем памеру часціц, так і з выдаленнем прымешак жалеза. Выкарыстоўваючы струменевыя млыны Epic Powder, вытворцы могуць забяспечыць найвышэйшую якасць фасфату літыя-жалеза, што паляпшае агульную прадукцыйнасць і даўгавечнасць літый-іённых акумулятараў. Па меры развіцця тэхналогій струменевыя млыны будуць адыгрываць усё больш важную ролю ў павышэнні эфектыўнасці і ўстойлівасці вытворчасці матэрыялаў для літыевых акумулятараў.
«Дзякуй за чытанне. Спадзяюся, мой артыкул будзе карысным. Калі ласка, пакіньце каментар ніжэй. Вы таксама можаце звязацца з прадстаўніком службы падтрымкі кліентаў Zelda онлайн, калі ў вас ёсць дадатковыя пытанні».
— Апублікавана Эмілі Чэн