«Невидимые точки застревания» на заводах по производству материалов для литиевых батарей находятся в процессе измельчения: фосфат лития-железа, кремниевый углерод, УНТ, песчаная мельница Циньхуандао Пэнъи обрабатывает их один за другим. 

Хороший аккумулятор или нет, половина ответа кроется в баке для навозной жижи. Полюсный наконечник не уплотняется, после быстрой зарядки объем теряется, а изделие ныряет после нескольких сотен циклов – если вернуться к первопричине, то зачастую проблема не в формуле, а в том, что частицы не притерты по месту: либо они недостаточно мелкие, либо распределение слишком широкое, либо они “травмируются” при измельчении. Чтобы спрессовать первичные частицы литий-железо-фосфата до двухсот нанометров, сдержать напряжение расширения нанокремния и аккуратно раскрыть агломераты углеродных нанотрубок – в отрасли есть только один тип оборудования, которое действительно может одновременно удовлетворить эти требования: мельница с мокрым перемешиванием, широко известная как нано-песочная мельница.

Компания Qinhuangdao Pengyi занимается мокрым измельчением более 30 лет. Линейка продуктов для песочных мельниц охватывает весь спектр положительных электродов, отрицательных электродов, проводящих суспензий и материалов для покрытия сепараторов. В этой статье мы полностью поговорим о наноизмельчении литиевых батарей в порядке «Больные места материала – Принципы работы оборудования – Сценарии – Параметры процесса».

01

Три типа материалов, три «метода шлифовки», ни один из них не может ошибаться.

Прежде чем выбирать оборудование, необходимо сначала разобраться, что представляет собой каждый вид материала. Требования к измельчению основных материалов литиевых батарей кажутся одинаковыми, но на самом деле у каждого есть свои «жизненные ворота».

01

Литий-железо-фосфат: частицы должны быть мелкими и однородными.

Проводимость фосфата лития-железа по своей природе слабая. Промышленный консенсус заключается в том, что размер первичных частиц должен быть менее 200 нанометров, чтобы путь, по которому ионы лития могут перемещаться в твердой фазе, был достаточно коротким и можно было обсуждать производительность. Если все сделано правильно, плотность уплотнения может быть выше 2,6 г/см³, и может поддерживаться быстрая зарядка 4C; если это сделать неправильно, то углеродное покрытие будет неровным, полюсные наконечники будут частично поляризованы, а вместе с этим разрушатся и низкотемпературные характеристики.

02

Кремний-углеродный анод: нанотехнологии — это вопрос жизни и смерти

Когда кремний соединен с литием, его объем резко увеличивается. Если частицы не измельчены до нанометрового размера, напряжение не может быть снято, и срок службы не может длиться более нескольких циклов. Отечественные исследовательские группы произвели наносремний размером 300 нанометров партиями, используя процесс шлифования. После изготовления отрицательного электрода из композитного углеродного волокна они проработали 550 раз при высокой плотности тока 1,0 А/г, а обратимая емкость все еще оставалась на уровне около 766 мАч/г. Этих данных достаточно, чтобы проиллюстрировать, что означает нанотехнология для отрицательных электродов на основе кремния.

03

УНТ/Графен: Надо «расслабить», а не «разрезать пополам»

Углеродные нанотрубки и графен являются проводящими агентами с высоким соотношением сторон и высокой удельной поверхностью. Агломераты необходимо вскрыть, но ни одну трубчатую структуру разрезать нельзя. Если сила сдвига слишком мала, мяч не сможет сломаться. Если соотношение сторон слишком велико, оно будет удалено, и проводящая сеть будет нарушена. Это самый важный шаг во всем процессе.

К трем типам материалов предъявляются разные требования, но они приводят к одному и тому же выводу: тонкость, распределение и структурная целостность — все три важны. Именно эти «три полных» требования определяют маршрут процесса.

02

Почему сухой метод не работает и почему шаровой мельницы недостаточно?

Как только частицы достигают нанометрового диапазона, поверхностная энергия резко возрастает, и сила Ван-дер-Ваальса немедленно стягивает их обратно в агломераты. В состоянии сухого помола, чем тоньше помол, тем агрессивнее агломерация. Внутри частиц останется куча дефектов решетки. После того, как кристаллическая структура будет «повреждена», затухание емкости значительно ускорится.

Система мокрого метода имеет ровно три признака:

Сольватный слой подавляет агломерацию – молекулы растворителя растекаются по поверхности частиц, отделяя частицы друг от друга стерическими препятствиями, как естественная смазочная пленка;

Рассеяние тепла в жидкой фазе – жидкость проводит тепло намного лучше, чем газ. При охлаждении рубашкой повышение температуры внутри окна можно подавить благодаря термочувствительным материалам;

Буфер жидкой фазы – жидкая фаза поглощает избыточную энергию удара и мелко шлифует, не повреждая кристалл.

Существует еще одна серия исследований водной суспензии литий-железо-фосфата, которая также заслуживает упоминания: после упрочнения влажной дисперсии средний размер частиц снизился почти на 40%, вязкость при низком сдвиге снизилась на 96%, а общее потребление энергии на диспергирование и сушку было сэкономлено более чем на 40% – все учитывается крупность, структура и энергопотребление, а сухой способ не может обеспечить такую ​​комбинацию.

С точки зрения формы оборудования шаровая мельница и песочная мельница не находятся в одном измерении. Шаровая мельница использует движение цилиндра, чтобы выбросить весь шар среды. Воздействие является доминирующим, а энергия расходится. Когда помол будет ниже 30 микрон, экономика резко упадет.Ротор песочной мельницы непосредственно приводит средний слой в движение с высокой скоростью. В нем преобладает сдвиг, а энергия высококонцентрирована. Плотность мощности может более чем в десять раз превышать мощность шаровой мельницы. Средняя степень наполнения увеличивается примерно с 40% до 85%. Тот же результат заключается в экономии энергии на 30–40%.Как только заданная крупность достигает нанометровой зоны, шаровая мельница достигает потолка, и песочная мельница официально дебютирует.

03

Ответ Qinhuangdao Pengyi на продукт: матрица, согласованная со всеми сценариями

Серия песочных мельниц Qinhuangdao Pengyi варьируется от лабораторных моделей объемом 0,5 л до тысяч литров моделей массового производства. Характеристики среды варьируются от микрошариков 0,05 мм до крупных шариков 2 мм. «Боезапас» для различных материалов литиевых батарей полностью укомплектован:

Эту матрицу поддерживают три основные возможности:

Песчаная мельница с прямым приводом

Штыревая песочная мельница

Песчаная мельница двойной мощности

Во-первых, динамичныйцентрифугирование, он выйдет сразу после шлифовки.Традиционные сетчатые сепараторы легко блокируются при работе с ультрамелкими материалами размером менее 0,3 мм. Компания Qinhuangdao Pengyi перешла на динамический роторный сепаратор. Частицы, соответствующие стандарту, вовремя выбрасываются, а среда остается в полости, продолжая совершать работу. Вероятность слипания материала снижается более чем на 80%, конечная точка измельчения контролируема, а гранулометрический состав значительно сужается. При фактическом измерении линии по производству электронной керамической суспензии с использованием той же технологии D50 был увеличен до 150 нанометров, D99 — до 380 нанометров, а хвост крупных частиц был разрезан пополам — скрытая опасность того, что «средний размер частиц соответствует критериям, но крупные частицы разрушаются», была устранена.

Во-вторых, одна и та же система используется для мелкосерийного пробного и массового производства и не искажается при увеличении. Лабораторные модели и модели массового производства подчиняются одному и тому же набору правил амплификации. Основные параметры, такие как скорость линии, скорость наполнения и время пребывания, можно переносить горизонтально. Процесс, разработанный в ходе небольшого испытания, напрямую переносится на производственную линию, и цикл разработки значительно сокращается. Персонал, занимающийся исследованиями и разработками, больше всего боится того, что на уровне оборудования избегают того, что «то, что хорошо в стакане, полностью изменится в ходе пилотного испытания».

В-третьих, контроль температуры и непрерывность.Ствол и ротор имеют двойное водяное охлаждение и управляются посредством преобразования частоты. Повышение температуры высоковязкой суспензии может быть на 5–10 градусов Цельсия ниже, чем у традиционных моделей; полностью закрытая полость оснащена двойными механическими уплотнениями для предотвращения испарения растворителя и внешнего загрязнения; ПЛК контролирует температуру, давление, расход и мощность в режиме реального времени, а многоэтапные процессы можно программировать и отслеживать данные.

04

Четыре сцены, четыре набора стилей игры.

01

Литий-железо-фосфатная катодная нанотехнология.

Стандартный маршрут: сначала предварительно диспергируется суспензия предшественника, затем добавляются шарики циркония размером 0,2-0,5 мм, линейная скорость увеличивается до 12-13 м/с, цикл измельчения проводится в течение двух-четырех часов, а частицы D50 прессуются до двухсот нанометров за раз.

Модель Qinhuangdao Pengyi с прямым приводом исключает проскальзывание ремня за счет жесткого прямого соединения главного вала двигателя. Крутящий момент остается стабильным на низких скоростях, и каждый киловатт-час электроэнергии расходуется на лезвие. Плотность энергии полости рассчитана на гомогенизацию, а размер частиц чрезвычайно узок и нормально распределен, что создает хорошую физическую основу для последующего углеродного покрытия и уплотнения под высоким давлением.

02

Нанотехнология кремнийуглеродного анода.

Метод представляет собой прогрессивный материал: сначала используйте шарики диаметром 0,5 мм для предварительного измельчения, а затем замените микрошарики размером 0,2 мм или менее для тонкого измельчения, принимая во внимание как тонкость, так и узкое распределение, предотвращая при этом чрезмерную аморфизацию кремния.

Модель центрифуги с двойной мощностью может стабильно работать с микрошариками диаметром 0,05 мм. Сепарационная структура циклона не блокирует материал и не пропускает частицы. Он также может выполнять центробежную классификацию суспензии. Достаточно измельченный мелкий порошок со временем покидает место и больше не перемещается вместе с ним. От этого напрямую выигрывает равномерность распределения. Специальный охлаждающий слой рубашки быстро рассеивает тепло при высокой линейной скорости и многократных проходах, а риск перегрева и окисления нанокремния подавляется.

03

Проводящая паста УНТ/графен.

Вязкость может легко достигать более 20 000 мПа·с, и она должна зависеть от большой циркуляции потока и «гибкого измельчения».

Тип турбины основан на эффекте накачки ротора для формирования принудительной внутренней циркуляции, исключающей оседание и тупики; высокоскоростной фрикционный сдвиг, обеспечиваемый микрошариками циркония размером 0,1 мм, представляет собой гибкое отслаивание – пока агломераты распутываются, целостность стенки трубы и соотношение сторон сохраняются в максимальной степени, и здесь находится «кровь» проводящей сети.

04

Диафрагмы с керамическим покрытием из оксида алюминия.

Для жесткой стерни с твердостью 9 по шкале Мооса он оснащен полностью керамической конструкцией: внутренний цилиндр, ротор и выпускной сепаратор заменены на диоксид циркония или карбид кремния, а магнитные посторонние примеси в навозной жиже находятся в основном на уровне ppt.

Ввиду использования теплопроводного сферического глинозема в машине штифтового типа были внесены дополнительные корректировки в расположение ротора и линейную скорость. Цель состоит в том, чтобы «разбить, не разрушив» сферический скелет — как только скелет разрушится, о теплопроводности будет невозможно говорить.

Если смотреть издалека, то требования к тонкости и чистоте твердотельных и натрий-ионных аккумуляторов будут только ужесточаться. Переработка твердых электролитов, таких как LLZO и LATP, будет продолжать стимулировать модернизацию помольных камер и материалов сред; хотя сухие электроды являются горячей точкой, они не могут в краткосрочной перспективе поколебать позиции мокрого помола с точки зрения контроля крупности и однородности дисперсии. В ближайшие три-пять лет основная позиция нано-песчаных мельниц в производстве материалов для литиевых батарей останется стабильной.