Практычная прадукцыйнасць цвёрдых вугляродных анодных матэрыялаў у натрый-іённых акумулятарах моцна залежыць ад іх мікраструктуры, а таксама ад... памер часціц Размеркаванне (PSD) і марфалогія з'яўляюцца ключавымі фактарамі, якія вызначаюць шляхі дыфузіі іонаў, шчыльнасць упакоўкі электродаў, кулонаўскі к.п. першага цыкла і стабільнасць цыкла. Паветранаструйны млын, як найбольш часта выкарыстоўваны звыштонкага памолу метад падрыхтоўкі цвёрдага вугляроду мае параметры працэсу, якія непасрэдна ўплываюць на канчатковы памер часціц, шырыня размеркавання і марфалагічныя характарыстыкі, тым самым істотна ўплываючы на электрахімічныя характарыстыкі. У гэтым артыкуле будуць сістэматычна прааналізаваны асноўныя параметры працэсу паветрана-струйное фрэзераванне і іх спецыфічны ўплыў на памер часціц і марфалогію цвёрдага вугляроду.
Прынцып паветрана-струменевага млына і асноўныя параметры працэсу
Паветраструменевы млын (таксама вядомы як кіпячаным слоем супрацьпастаўнага струменевага млына або плоскі струменевы млын) паскарае часціцы да звышгукавых хуткасцей з дапамогай газаў высокага ціску (звычайна азоту або сціснутага паветра) і здрабняе іх шляхам сутыкненняў у цэнтры камеры драбнення. Асноўныя рэгуляваныя параметры працэсу ўключаюць:
- Ціск фрэзеравання (0,6–1,2 МПа)
- Хуткасць кручэння класіфікацыйнага кола (1000–5000 аб/мін)
- Хуткасць падачы (кг/г)
- Суадносіны хуткасці дадатковага паветра да хуткасці асноўнага паветра
Гэтыя параметры разам вызначаюць энергію сутыкнення, час знаходжання і дакладнасць класіфікацыі часціц.
Уплыў на размеркаванне памераў часціц (PSD) цвёрдых вугляродных анодных матэрыялаў
| Параметр працэсу | Уплыў на памер часціц (павелічэнне) | Тыповы дыяпазон змяненняў D50 | Уплыў на шырыню размеркавання (дыяпазон) |
| Ціск шліфавання | D50 значна зніжаецца | 12 мкм → 4 мкм | Спачатку звужаецца, потым трохі пашыраецца |
| Хуткасць кола класіфікатара | D50 лінейна памяншаецца | 10 мкм → 3 мкм | Значна звужае (найбольш эфектыўны сродак) |
| Хуткасць падачы | D50 павялічваецца, павялічваюцца буйнейшыя часціцы | 5 мкм → 15 мкм | Распаўсюджванне значна пашыраецца |
| Дапаможны паток паветра | Каэфіцыент дробных часціц павялічваецца, змяненне D50 нязначнае | – | Памяншае тонкі хвост, нязначна памяншае размах |
Вымераныя дадзеныя паказваюць:
- Пры павелічэнні ціску фрэзеравання з 0,7 МПа да 1,0 МПа, D50 цвёрдага вугляроду памяншаецца з 10,2 мкм да 5,1 мкм.
- Пры ціску 1,0 МПа, калі хуткасць кручэння класіфікацыйнага кола павялічваецца з 1800 аб/мін да 3600 аб/мін, D50 яшчэ больш памяншаецца з 5,1 мкм да 2,8 мкм, у той час як значэнне дыяпазону ((D90-D10)/D50) памяншаецца з 1,45 да 0,92, што паказвае больш вузкае размеркаванне.
Вузкае і канцэнтраванае размеркаванне памераў часціц значна паляпшае электрод пакрыццё аднастайнасць, памяншае лакальныя з'явы перазарадкі/пераразрадкі і павышае эфектыўнасць першага цыкла (эфектыўнасць першага цыкла цвёрдага вугляроду можа павялічыцца на 3–8%).
Уплыў на марфалагічныя характарыстыкі часціц цвёрдых вугляродных анодных матэрыялаў
Паветраструменевы млын — гэта тыповы працэс “самамолкі”. У параўнанні з млынам з знешнім прымусовым дзеяннем, такім як шаровы млын, ён мае наступныя характарыстыкі з пункту гледжання марфалогіі:
- Павялічаная сферычнасцьШматлікія сутыкненні з высокай хуткасцю бесперапынна закругляюць вострыя куты часціц, паляпшаючы іх кругласць з 0,65–0,75 да 0,88–0,94, робячы іх больш сферычнымі.
- Палепшаная гладкасць паверхніТрэнне пры сутыкненні выдаляе паверхневыя задзірыны і мікратрэшчыны, памяншаючы плошчу росту плёнкі цвёрдага электралітнага інтэрфазнага асяроддзя (SEI), што дапамагае мінімізаваць незваротныя страты ёмістасці.
- Прадухіленне празмернага драбнення і агрэгацыіУ параўнанні з механічным памолам, паветрана-струменевы памол працуе пры больш нізкіх тэмпературах (<80℃), што прыводзіць да меншай павярхоўнай актыўнасці часціц і меншай тэндэнцыі да другаснай агрэгацыі, што прыводзіць да лепшага дысперсіі.
- Асаблівая з'ява: лістападобнае ўтварэнне пры залішнім ціскуКалі ціск пры памоле перавышае 1,2 МПа, а цвёрды вуглярод сам па сабе мае высокую ступень графітызацыі, некаторыя часціцы могуць праяўляць расслаенне ўздоўж слаёў, утвараючы лістападобную марфалогію. Гэта павялічвае ўдзельную плошчу паверхні (>50 м²/г), што можа знізіць эфектыўнасць першага цыкла. Гэтай з'явы можна пазбегнуць, строга кантралюючы ціск да ≤1,0 МПа.
Практычны ўплыў памеру часціц і марфалогіі на электрахімічныя характарыстыкі (тыповыя дадзеныя)
| D50 (мкм) | Прамежак | Удзельная плошча паверхні (м²/г) | Шчыльнасць пасля ўшчыльнення (г/см³) | Першая рэверсіўная ёмістасць (мАг/г) | Эфектыўнасць першага цыкла (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 12.5 | 1.82 | 8.5 | 0.92 | 308 | 84.2 |
| 7.8 | 1.21 | 12.3 | 1.05 | 332 | 88.7 |
| 4.2 | 0.89 | 18.6 | 1.12 | 341 | 91.3 |
| 2.9 | 0.93 | 31.2 | 1.08 | 338 | 89.1* |
Заўвага: Залішняя дробнасць прыводзіць да занадта вялікай удзельнай плошчы паверхні, што, у сваю чаргу, зніжае эфектыўнасць першага цыкла.
Аптымальнае акно прадукцыйнасці звычайна знаходзіцца ў дыяпазоне D50 4–8 мкм і Span <1,2.
Рэкамендацыі па аптымізацыі прамысловых працэсаў
Рэкамендаванае спалучэнне параметраў (для цвёрдага вугляроду на аснове біямасы/фенольнай смалы):
- Ціск шліфавання: 0,85-0,95 МПа
- Хуткасць класіфікацыйнага кола: 2800-3400 абаротаў у хвіліну
- Хуткасць кармлення: Не перавышае 70% намінальнай магутнасці абсталявання
- Двухэтапны працэс паветранага фрэзеравання: Выкарыстоўвайце першую ступень для грубага памолу (нізкая хуткасць) + другую ступень для дробнага памолу (высокая хуткасць), каб збалансаваць прадукцыйнасць і аднастайнасць памеру часціц.
- Укараніць маніторынг памеру часціц у рэжыме рэальнага часу (лазерная дыфракцыя) з аўтаматычным кіраваннем хуткасцю кола класіфікатара з зваротнай сувяззю для дасягнення замкнёнага кіравання размеркаваннем.
Заключэнне
Працэс паветрана-струменевага млына, дзякуючы дакладнаму кантролю ціску памолу, хуткасці класіфікацыйнага кола і хуткасці падачы, можа рэгуляваць размеркаванне памераў часціц і марфалогію цвёрдых вугляродных анодных матэрыялаў у шырокім дыяпазоне. Сярод іх хуткасць класіфікацыйнага кола з'яўляецца найбольш эфектыўным сродкам кантролю шырыні размеркавання, у той час як аптымальны ціск памолу (0,6–1,0 МПа) можа дасягнуць малога D50, высокай сферычнасці часціц і адпаведнай удзельнай плошчы паверхні. Разумная аптымізацыя гэтых параметраў можа прывесці да ідэальнай мікраструктуры з “вузкім размеркаваннем, высокай сферычнасцю і ўмеранай удзельнай плошчай паверхні”, што прывядзе да больш высокай рэверсіўнай ёмістасці, эфектыўнасці першага цыкла і стабільнасці цыклаў у натрый-іённых акумулятарах. Гэтая кіравальнасць працэсу з'яўляецца адной з асноўных тэхналагічных гарантый маштабнай індустрыялізацыі цвёрдых вугляродных анодаў.
«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