Катодные материалы, один из четырех основных материалов в литиевые батареи Катод (катод, анод, сепаратор и электролит) являются важнейшими компонентами литиевых батарей. На них также приходится значительная часть стоимости батареи. Стоимость катодных материалов в значительной степени определяет цену батареи. Среди катодных материалов для литиевых батарей основными являются оксид кобальта лития (LCO), литий-железо-фосфат Среди прочих, можно выделить фосфат лития-марганца-железа (LFP), оксид никеля-кобальта-марганца-лития (LMFP), оксид литий-никель-кобальта-марганца (NCM) и оксид лития-марганца (LMO). Процессы их производства несколько различаются, но основные принципы схожи. Исходные материалы смешиваются с карбонат лития или гидроксидом лития, а затем нагревали при высоких температурах для получения продукта.
Процесс производства фосфата лития-железа в основном включает два метода: твердофазный и жидкофазный. Твердофазный метод включает различные подходы, такие как фосфатный метод железа, железосодержащий метод, метод получения красного железа и оксалатный метод железа. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Жидкофазный метод, в первую очередь представленный методом самоиспарения в жидкой фазе, разработанным компанией Defang Nano, имеет высокий технологический барьер. В данной статье в качестве примера будет рассмотрен основной фосфатный метод железа.
Смешивание и измельчение
Реакционные материалы измельчаются и тщательно перемешиваются для обеспечения эффективного протекания реакции в процессе последующего спекания. На этом этапе используется песочная мельница. Основные сырьевые материалы, включая фосфат железа, карбонат лития, источник углерода (например, глюкозу, сахарозу, полиэтиленгликоль и др.), диспергирующий агент и добавки, добавляются в смесительное оборудование в точно стехиометрических пропорциях. Для предварительного диспергирования используется чистая вода или этанол, после чего происходит измельчение в песочной мельнице. Этот процесс продолжается до достижения желаемого результата. размер частицы (обычно при длине волны менее 500 нм) достигается.
Основными реагентами являются фосфат железа и карбонат лития. Источник углерода играет важную роль в образовании углерода. покрытие На поверхности фосфата лития-железа в процессе высокотемпературного спекания образуется углеродное покрытие. Это улучшает его проводимость и предотвращает образование Fe³⁺. Диспергирующий агент повышает дисперсию и содержание твердых веществ в суспензии. Некоторые высокомолекулярные материалы также образуют углеродное покрытие после спекания для улучшения характеристик материала.
Добавки, такие как проводящий графит, углеродные нанотрубки или оксиды металлов, улучшают проводимость, характеристики при высоких/низких температурах и циклическую стабильность конечного продукта.
Распылительная сушка
На этом этапе из смешанной суспензии, оставшейся после процесса измельчения, удаляется растворитель. Это превращает суспензию в сухой порошок для последующего процесса спекания. Используется распылительная сушилка.
Шлам распыляется на мелкие капли с помощью центробежного сопла. Затем эти капли контактируют с нагретым воздухом. Это приводит к испарению растворителя, оставляя твердые частицы порошка. Затем эти частицы собираются циклонным сепаратором. Процесс распылительной сушки превращает шлам в сухой порошок, готовый к спеканию.
Спекание
Порошковая смесь подвергается высокотемпературной реакции в печи, защищенной азотом, что является ключевым этапом процесса. Температура и продолжительность процесса спекания напрямую влияют на характеристики конечного продукта. Обычно используется вальцовая печь, длина которой может достигать нескольких метров.
Основная реакция выглядит следующим образом:
FePO₄ + Li₂CO₃ + C₆H₁₂O₆ → LiFePO₄/C + H₂O + CO₂
Порошок, полученный методом распылительной сушки, помещают в тигли и нагревают в печи в атмосфере азота при температурах от 700 до 800 °C в течение нескольких часов (обычно от 10 до 20 часов). После охлаждения получают продукт. До спекания порошок имеет светло-желтый цвет, а после спекания становится черным.
Сверхтонкое измельчение и удаление железа
После спекания полученный фосфат лития-железа необходимо дополнительно измельчить для достижения желаемого размера частиц. В процессе производства могут образовываться примеси железа, которые необходимо удалить.
Это можно сделать с помощью такого оборудования, как струйная мельница (воздухоструйная мельницаОснащены устройством для удаления железа. Струйные мельницы эффективно уменьшают размер частиц, одновременно отделяя примеси. Это обеспечивает высокую чистоту конечного продукта — фосфата лития-железа. После удаления железа продукт упаковывается для отгрузки.
Заключение
Фосфат лития-железа является основным катодным материалом для литиевых батарей. Он предпочтителен благодаря своей низкой стоимости, высокой безопасности и длительному сроку службы. Эти характеристики делают его доминирующим на рынке. Метод фосфатирования железа является основным способом производства фосфата лития-железа. Хотя процесс относительно прост, качество конечного продукта в значительной степени зависит от качества исходного фосфата железа.
Другие методы, такие как метод с использованием оксалатного железа, постепенно завоевывают долю рынка. Эти методы позволяют получать материалы с более высокой насыпной плотностью.
Компания Epic Powder, ведущий производитель струйных мельниц, предлагает передовые и эффективные решения для обработки порошков в литиевой аккумуляторной промышленности. Ее современное оборудование для струйной обработки превосходно справляется как с уменьшением размера частиц, так и с удалением примесей железа. Используя струйные мельницы Epic Powder, производители могут обеспечить высочайшее качество фосфата лития-железа, повышая общую производительность и срок службы литий-ионных батарей. По мере развития технологий струйные мельницы будут играть все более важную роль в повышении эффективности и экологичности литиевой промышленности. материал батареи производство.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен