Kathodematerialen, een van de vier belangrijkste materialen in lithiumbatterijen De kathode, anode, separator en elektrolyt zijn cruciale componenten van lithiumbatterijen. Ze vormen ook een groot deel van de kosten van de batterij. De kosten van de kathodematerialen bepalen grotendeels de prijs van de batterij. Veelgebruikte kathodematerialen voor lithiumbatterijen zijn onder andere lithiumkobaltoxide (LCO)., lithiumijzerfosfaat (LFP), lithiummangaanijzerfosfaat (LMFP), nikkelkobaltmangaanlithiumoxide (NCM) en lithiummangaanoxide (LMO), onder andere. Hun productieprocessen verschillen enigszins, maar de fundamentele principes zijn vergelijkbaar. De voorlopermaterialen worden gemengd met lithiumcarbonaat of lithiumhydroxide en vervolgens verhit tot hoge temperaturen om het product te verkrijgen.
Het productieproces van lithiumijzerfosfaat omvat hoofdzakelijk twee methoden: de vaste-fasemethode en de vloeibare-fasemethode. De vaste-fasemethode kent verschillende benaderingen, zoals de fosfaatijzermethode, de ijzermethode, de ijzerroodmethode en de oxalaatijzermethode. Elk heeft zijn eigen voor- en nadelen. De vloeibare-fasemethode, voornamelijk vertegenwoordigd door de zelfverdampende vloeibare-fasemethode ontwikkeld door Defang Nano, kent een hoge technologische drempel. In dit artikel wordt de gangbare fosfaatijzermethode als voorbeeld toegelicht.
Mengen en malen
De reactiematerialen worden vermalen en grondig gemengd om ervoor te zorgen dat de reactie tijdens het daaropvolgende sinterproces effectief verloopt. De apparatuur die in deze stap wordt gebruikt, is een zandmolen. De belangrijkste grondstoffen, waaronder ijzerfosfaat, lithiumcarbonaat, koolstofbron (zoals glucose, sucrose, polyethyleenglycol, enz.), dispergeermiddel en additieven, worden in nauwkeurige stoichiometrische verhoudingen aan de mengapparatuur toegevoegd. Zuiver water of ethanol wordt gebruikt voor de voorverspreiding, gevolgd door vermaling in een zandmolen. Dit proces wordt herhaald totdat de gewenste consistentie is bereikt. deeltjesgrootte (meestal onder de 500 nm) wordt bereikt.
IJzerfosfaat en lithiumcarbonaat zijn de belangrijkste reactanten. De koolstofbron speelt een belangrijke rol bij de vorming van een koolstofverbinding. bekleding Op het oppervlak van lithiumijzerfosfaat wordt tijdens het sinteren bij hoge temperatuur een koolstoflaag gevormd. Dit verbetert de geleidbaarheid en voorkomt de vorming van Fe³⁺. Het dispergeermiddel verbetert de dispersie en het vaste stofgehalte van de slurry. Sommige hoogmoleculaire materialen vormen na het sinteren ook een koolstoflaag, wat de prestaties van het materiaal verbetert.
Toevoegingen zoals geleidend grafiet, koolstofnanobuisjes of metaaloxiden verbeteren de geleidbaarheid, de prestaties bij hoge en lage temperaturen en de cyclusstabiliteit van het eindproduct.
Sproeidrogen
In deze stap wordt het oplosmiddel uit de gemengde slurry van het maalproces verwijderd. Hierdoor wordt de slurry omgezet in droog poeder voor het daaropvolgende sinterproces. Hiervoor wordt een sproeidroger gebruikt.
De suspensie wordt door een centrifugaalmondstuk verneveld tot kleine druppeltjes. Deze druppeltjes komen vervolgens in contact met verwarmde lucht. Hierdoor verdampt het oplosmiddel, waardoor vaste poederdeeltjes achterblijven. Deze deeltjes worden vervolgens opgevangen door een cycloonafscheider. Het sproeidroogproces zet de suspensie om in droog poeder, dat klaar is voor het sinteren.
Sinteren
Het poedermengsel ondergaat een reactie bij hoge temperatuur in een stikstofbeschermde oven, wat de cruciale stap in het proces is. De temperatuur en de duur van het sinterproces hebben een directe invloed op de eigenschappen van het eindproduct. De gebruikte apparatuur is doorgaans een rollenoven, die enkele meters lang kan zijn.
De belangrijkste reactie is als volgt:
FePO₄ + Li₂CO₃ + C₆H₁₂O₆ → LiFePO₄/C + H₂O + CO₂
Het sproeidroogde poeder wordt in smeltkroezen geplaatst en in een oven onder een stikstofatmosfeer verhit bij temperaturen tussen 700 en 800 °C gedurende enkele uren (meestal tussen de 10 en 20 uur). Na afkoeling wordt het product verkregen. Vóór het sinteren heeft het poeder een lichtgele kleur, na het sinteren wordt het zwart.
Superfijn malen en ijzerverwijdering
Na het sinteren moet het lithiumijzerfosfaatproduct verder worden vermalen om de gewenste deeltjesgrootte te verkrijgen. Tijdens het productieproces kunnen ijzerverontreinigingen ontstaan. Deze verontreinigingen moeten worden verwijderd.
Dit kan gedaan worden door gebruik te maken van apparatuur zoals een straal molen (luchtstraalmolen) uitgerust met een ijzerverwijderingsinstallatie. Straalmolens kunnen de deeltjesgrootte effectief verkleinen en tegelijkertijd onzuiverheden scheiden. Dit zorgt ervoor dat het uiteindelijke lithiumijzerfosfaatproduct een hoge zuiverheid heeft. Na de ijzerverwijdering wordt het product verpakt voor verzending.
Conclusie
Lithiumijzerfosfaat is het belangrijkste kathodemateriaal voor lithiumbatterijen. Het heeft de voorkeur vanwege de lage kosten, hoge veiligheid en lange levensduur. Deze eigenschappen maken het dominant op de markt. De fosfaatmethode is de belangrijkste productieroute voor lithiumijzerfosfaat. Hoewel het proces relatief eenvoudig is, hangt de kwaliteit van het eindproduct sterk af van de kwaliteit van de ijzerfosfaatvoorloper.
Andere methoden, zoals de oxalaatijzermethode, winnen geleidelijk aan marktaandeel. Deze methoden produceren materialen met een hogere stortdichtheid.
Epic Powder, een toonaangevende fabrikant van straalmolens, biedt geavanceerde en efficiënte poederverwerkingsoplossingen voor de lithiumbatterij-industrie. De ultramoderne straalmolens van het bedrijf blinken uit in zowel de verkleining van de deeltjesgrootte als de verwijdering van ijzerverontreinigingen. Door gebruik te maken van de straalmolens van Epic Powder kunnen producenten lithiumijzerfosfaat van de hoogste kwaliteit garanderen, waardoor de algehele prestaties en levensduur van lithium-ionbatterijen worden verbeterd. Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt, zullen straalmolens een steeds belangrijkere rol spelen in het verbeteren van de efficiëntie en duurzaamheid van lithium. batterijmateriaal productie.
Bedankt voor het lezen. Ik hoop dat mijn artikel je helpt. Laat hieronder een reactie achter. Je kunt ook contact opnemen met de klantenservice van Zelda Online voor verdere vragen.
— Geplaatst door Emily Chen