วัสดุแคโทด, ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่วัสดุหลักใน แบตเตอรี่ลิเธียม ส่วนประกอบหลักของแบตเตอรี่ลิเธียม ได้แก่ ขั้วแคโทด ขั้วแอโนด ตัวคั่น และอิเล็กโทรไลต์ นอกจากนี้ ส่วนประกอบเหล่านี้ยังมีส่วนสำคัญต่อต้นทุนของแบตเตอรี่ด้วย ต้นทุนของวัสดุแคโทดเป็นตัวกำหนดราคาของแบตเตอรี่เป็นส่วนใหญ่ ในบรรดาวัสดุแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียม วัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (LCO), ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP), ลิเธียมแมงกานีสไอรอนฟอสเฟต (LMFP), นิกเกลโคบอลต์แมงกานีสลิเธียมออกไซด์ (NCM) และลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ (LMO) เป็นต้น กระบวนการผลิตอาจแตกต่างกันเล็กน้อย แต่หลักการพื้นฐานนั้นคล้ายคลึงกัน วัสดุตั้งต้นจะถูกผสมกับ ลิเธียมคาร์บอเนต หรือลิเธียมไฮดรอกไซด์ แล้วนำไปให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์.
กระบวนการผลิตลิเธียมไอรอนฟอสเฟตส่วนใหญ่ประกอบด้วยสองวิธีหลัก ได้แก่ วิธีของแข็งและวิธีของเหลว วิธีของแข็งมีหลายวิธี เช่น วิธีฟอสเฟตไอรอน วิธีไอรอน วิธีไอรอนแดง และวิธีออกซาเลตไอรอน แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกัน ส่วนวิธีของเหลว ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เป็นวิธีของเหลวระเหยเองที่พัฒนาโดยบริษัท Defang Nano นั้น มีอุปสรรคทางเทคโนโลยีสูง บทความนี้จะอธิบายวิธีฟอสเฟตไอรอนซึ่งเป็นวิธีหลักที่ใช้กันทั่วไปเป็นตัวอย่าง.
การผสมและการบด
วัสดุตั้งต้นจะถูกบดและผสมให้เข้ากันอย่างทั่วถึง เพื่อให้แน่ใจว่าปฏิกิริยาจะดำเนินไปอย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างกระบวนการเผาผนึกต่อไป อุปกรณ์ที่ใช้ในขั้นตอนนี้คือเครื่องบดทราย วัตถุดิบหลัก ได้แก่ เหล็กฟอสเฟต ลิเธียมคาร์บอเนต แหล่งคาร์บอน (เช่น กลูโคส ซูโครส โพลีเอทิลีนไกลคอล เป็นต้น) สารช่วยกระจายตัว และสารเติมแต่ง จะถูกเติมลงในอุปกรณ์ผสมในสัดส่วนทางเคมีที่แม่นยำ ใช้น้ำบริสุทธิ์หรือเอทานอลในการกระจายตัวเบื้องต้น จากนั้นจึงบดในเครื่องบดทราย กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าจะได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ ขนาดอนุภาค (โดยปกติจะต่ำกว่า 500 นาโนเมตร) สามารถทำได้.
เหล็กฟอสเฟตและลิเธียมคาร์บอเนตเป็นสารตั้งต้นหลัก แหล่งคาร์บอนมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของคาร์บอน การเคลือบ บนพื้นผิวของลิเธียมไอรอนฟอสเฟตในระหว่างการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง ซึ่งช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้าและป้องกันการเกิด Fe³⁺ สารช่วยกระจายตัวช่วยเพิ่มการกระจายตัวและปริมาณของแข็งในสารละลาย วัสดุที่มีโมเลกุลสูงบางชนิดยังสร้างชั้นเคลือบคาร์บอนหลังจากเผาผนึกเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุอีกด้วย.
สารเติมแต่ง เช่น กราไฟต์นำไฟฟ้า ท่อนาโนคาร์บอน หรือออกไซด์โลหะ ช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้า ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูง/ต่ำ และความเสถียรในการใช้งานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย.
การพ่นแห้ง
ในขั้นตอนนี้ ตัวทำละลายในสารละลายผสมที่ได้จากกระบวนการบดจะถูกกำจัดออกไป ทำให้สารละลายกลายเป็นผงแห้งสำหรับกระบวนการเผาผนึกในขั้นตอนต่อไป อุปกรณ์ที่ใช้คือเครื่องอบแห้งแบบสเปรย์.
สารละลายข้นจะถูกทำให้เป็นละอองขนาดเล็กด้วยหัวฉีดแบบแรงเหวี่ยง จากนั้นละอองเหล่านี้จะสัมผัสกับอากาศร้อน ซึ่งจะทำให้ตัวทำละลายระเหยไป เหลือไว้เพียงอนุภาคผงแข็ง อนุภาคเหล่านี้จะถูกเก็บรวบรวมโดยเครื่องแยกแบบไซโคลน กระบวนการอบแห้งแบบสเปรย์จะเปลี่ยนสารละลายข้นให้กลายเป็นผงแห้ง ซึ่งพร้อมสำหรับการเผาผนึก.
การเผาผนึก
ส่วนผสมผงจะผ่านปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงในเตาเผาที่ปกคลุมด้วยไนโตรเจน ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการ อุณหภูมิและระยะเวลาของกระบวนการเผาผนึกส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย อุปกรณ์ที่ใช้โดยทั่วไปคือเตาเผาแบบลูกกลิ้ง ซึ่งอาจมีความยาวหลายเมตร.
ปฏิกิริยาหลักมีดังนี้:
เฟPO₄ + Li₂CO₃ + C₆H₁₂O₆ → LiFePO₄/C + H₂O + CO₂
ผงที่ได้จากการพ่นแห้งจะถูกใส่ลงในเบ้าหลอมและให้ความร้อนในเตาเผาภายใต้บรรยากาศไนโตรเจนที่อุณหภูมิระหว่าง 700–800 องศาเซลเซียส เป็นเวลาหลายชั่วโมง (โดยปกติประมาณ 10 ถึง 20 ชั่วโมง) หลังจากเย็นตัวลงจะได้ผลิตภัณฑ์ ก่อนการเผาผนึก ผงจะมีสีเหลืองอ่อน และหลังจากเผาผนึกแล้วจะกลายเป็นผงสีดำ.
การบดละเอียดพิเศษ และการกำจัดธาตุเหล็ก
หลังจากผ่านกระบวนการเผาผนึกแล้ว ผลิตภัณฑ์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตจำเป็นต้องถูกบดเพิ่มเติมเพื่อให้ได้ขนาดอนุภาคที่ต้องการ ในระหว่างกระบวนการผลิต อาจมีสิ่งเจือปนของเหล็กเกิดขึ้น ซึ่งจำเป็นต้องกำจัดสิ่งเจือปนเหล่านี้ออกไป.
สามารถทำได้โดยใช้อุปกรณ์ต่างๆ เช่น โรงสีเจ็ท (เครื่องโม่พ่นลมเครื่องบดแบบเจ็ท (Jet mill) ติดตั้งอุปกรณ์กำจัดเหล็ก สามารถลดขนาดอนุภาคได้อย่างมีประสิทธิภาพพร้อมทั้งแยกสิ่งเจือปนออกไปพร้อมกัน ทำให้มั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตขั้นสุดท้ายมีความบริสุทธิ์สูง หลังจากกำจัดเหล็กแล้ว ผลิตภัณฑ์จะถูกบรรจุเพื่อจัดส่ง.
บทสรุป
ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตเป็นวัสดุแคโทดหลักสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม เป็นที่นิยมเนื่องจากต้นทุนต่ำ ความปลอดภัยสูง และอายุการใช้งานยาวนาน คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตครองตลาด กระบวนการผลิตหลักสำหรับลิเธียมไอรอนฟอสเฟตคือวิธีฟอสเฟตไอรอน แม้ว่ากระบวนการจะค่อนข้างง่าย แต่คุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายขึ้นอยู่กับคุณภาพของสารตั้งต้นฟอสเฟตไอรอนเป็นอย่างมาก.
วิธีการอื่นๆ เช่น วิธีการใช้เหล็กออกซาเลต กำลังค่อยๆ ได้รับส่วนแบ่งทางการตลาดมากขึ้น วิธีการเหล่านี้ผลิตวัสดุที่มีความหนาแน่นสูงกว่า.
Epic Powder ผู้ผลิตเครื่องบดแบบเจ็ทชั้นนำ นำเสนอโซลูชันการแปรรูปผงที่มีประสิทธิภาพและทันสมัยสำหรับอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียม อุปกรณ์เครื่องบดแบบเจ็ทที่ทันสมัยของบริษัทมีความโดดเด่นทั้งในด้านการลดขนาดอนุภาคและการกำจัดสิ่งเจือปนของเหล็ก การใช้เครื่องบดแบบเจ็ทของ Epic Powder ช่วยให้ผู้ผลิตมั่นใจได้ว่าจะได้ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตคุณภาพสูงสุด ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและอายุการใช้งานโดยรวมของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เครื่องบดแบบเจ็ทจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการปรับปรุงประสิทธิภาพและความยั่งยืนของลิเธียม วัสดุแบตเตอรี่ การผลิต.
ขอบคุณที่อ่านนะคะ หวังว่าบทความของฉันจะเป็นประโยชน์นะคะ แสดงความคิดเห็นไว้ด้านล่างได้เลยค่ะ หรือหากมีข้อสงสัยเพิ่มเติม สามารถติดต่อตัวแทนฝ่ายบริการลูกค้าออนไลน์ของ Zelda ได้ค่ะ
— โพสต์โดย เอมิลี่ เฉิน