Anwendung einer Luftstrahlmühle zur Herstellung von Lithiumeisenphosphat

Mit dem schnellen Wachstum der neuen Energiebranche Lithiumeisenphosphat Batterien sind mit ihren Vorteilen wie hoher Sicherheit und langer Lebensdauer zum neuen Favoriten des Marktes geworden. In der Produktion Strahlmühle Lithiumeisenphosphat spielt eine Schlüsselrolle bei der Herstellung von Lithiumeisenphosphat. Als effiziente Feinmahlanlagen zerkleinern sie Materialien auf Mikrometer- oder Nanometerebene. Dies erhöht die Oberfläche und die elektrochemische Leistung. Strahlmühlen mahlen gesinterte Materialien für eine gleichmäßige Partikelgröße Verteilung. Dies optimiert Energiedichte, Zyklenlebensdauer und Lade-/Entladeleistung. Der Prozess ist entscheidend für die Verbesserung der Qualität und Konsistenz von Lithiumeisenphosphat.

Lithiumeisenphosphat

Lithiumbatterie

Eine Lithiumbatterie besteht aus Kathode, Anode, Separator, Elektrolyt und Gehäuse. Die Kathode ist ein Kernmaterial, das Energiedichte, Sicherheit, Lebensdauer und Anwendungsmöglichkeiten beeinflusst.
Sie stellt 30–401 TP3T der Materialkosten dar. Die Kathode ist das größte und wertvollste Material in der Batterieindustrie.

Zu den Kathodenmaterialien gehören je nach Materialsystem Lithiumkobaltoxid, Lithiummanganoxid, Lithiumeisenphosphat und ternäre Materialien. Lithiumeisenphosphat ist ein Kathodenmaterial mit Olivinstruktur. Es wird aus Lithium-, Eisen-, Phosphor- und Kohlenstoffquellen durch Mischen, Trocknen, Sintern und Zerkleinern hergestellt.

Lithiumeisenphosphat 1

Lithium-Eisenphosphat

Der molekulare Ausdruck von Lithiumeisenphosphat ist LiFePO4. Sein Funktionsprinzip beim Laden und Entladen von Lithiumbatterien ist wie folgt:

Beim Laden der Lithiumbatterie wird das Lithiumion Li+ vom Lithiumeisenphosphat-Anodenmaterial LiFePO4 getrennt, passiert den Batterieseparator und den Elektrolyten und bettet sich dann in das Anodenmaterial ein, wodurch der Ladevorgang abgeschlossen wird.

Laden und Entladen

Wichtige Faktoren, die die Leistung von Lithiumeisenphosphat-Kathodenmaterial beeinflussen

Partikelgröße

Die Partikelgrößenverteilung von LiFePO₄-Kristallen hat großen Einfluss auf die Leistung des Kathodenmaterials.
Unter gleichen Bedingungen verkürzen kleinere Partikel die Li⁺-Transportwege. Eine kleinere Partikelgröße verbessert die Ladeleistung und ermöglicht schnelleres Laden und Entladen.

Spezifische Kapazität

Die spezifische Kapazität von LiFePO₄ beeinflusst maßgeblich die gravimetrische Energiedichte der Batterie. Unter gleichen Bedingungen erhöht eine höhere spezifische Kapazität die Energiedichte. Eine höhere spezifische Kapazität bedeutet eine höhere Batteriekapazität bei gleicher Masse.

Verdichtete Dichte

Die Verdichtungsdichte von LiFePO₄ beeinflusst maßgeblich die volumetrische Energiedichte der Batterie. Unter gleichen Bedingungen erhöht eine höhere Verdichtungsdichte die volumetrische Energiedichte. Eine höhere Verdichtungsdichte bedeutet eine höhere Batteriekapazität bei gleichem Volumen.

Spezifische Oberfläche

Die spezifische Oberfläche von LiFePO₄ beeinflusst maßgeblich die Ladegeschwindigkeit und das Tieftemperaturverhalten. Unter gleichen Bedingungen erhöht eine größere Oberfläche den Kontakt mit dem Elektrolyten. Eine bessere Leitfähigkeit verbessert die Ladegeschwindigkeit und ermöglicht schnelleres Laden und Entladen.

Verunreinigungsgehalt

Der Verunreinigungsgehalt von LiFePO₄ beeinträchtigt die elektrochemische Leistung und Sicherheit der Batterie. Zu den Verunreinigungen zählen Kalzium, Natrium, Kupfer, Chrom und Zink. Übermäßige Verunreinigungen erhöhen die Selbstentladung und verkürzen die Batterielebensdauer. Hohe Verunreinigungsgrade erhöhen das Risiko von Separatorschäden und verringern die Batteriesicherheit.

Feuchtigkeitsgehalt

Der Feuchtigkeitsgehalt von LiFePO₄ beeinflusst die elektrochemische Leistung, Sicherheit und Lebensdauer der Batterie. Überschüssige Feuchtigkeit reagiert mit dem Elektrolyten und bildet Gas und Flusssäure. Dies führt zu Schwellungen, Korrosion und verringerter Sicherheit und Leistung der Batterie.

Andere Indikatoren

Partikelform, Schüttdichte, Kohlenstoffgehalt, pH-Wert und andere elektrochemische Eigenschaften von Lithiumeisenphosphat.

Herstellungsverfahren für Lithiumeisenphosphat

Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung von LiFePO₄. Basierend auf den Reaktionszuständen der Materialien werden sie in Festphasen- und Flüssigphasensyntheseverfahren eingeteilt. Je nach Herstellungsverfahren unterscheidet sich der Herstellungsprozess von Lithiumeisenphosphat und auch die entsprechende Ausrüstung. Strahlmühle für Lithiumeisenphosphat sind untrennbar miteinander verbunden.

Festphasenmethode - Carbothermische Reduktionsmethode

Vorbehandlung der Rohstoffveredelung: Bei der Festphasenmethode werden Eisenquelle (z. B. FePO₄), Lithiumquelle (z. B. Li₂CO₃) und Kohlenstoffquelle (z. B. Glucose) gründlich vermischt. Die Strahlmühle zerkleinert die Rohstoffe durch die durch den Hochgeschwindigkeitsluftstrom erzeugte Scherkraft und Kollision auf Mikrometer- oder Submikrometerebene. Dies verbessert die Partikelfeinheit und die Gleichmäßigkeit der Dispersion deutlich und verhindert lokale Reaktionsinkonsistenzen oder Zusammensetzungsentmischungen durch grobe Partikel.

Partikelgrößenkontrolle und Klassifizierung: Die Strahlmühle mit Windsichter Bietet eine präzise Partikelgrößenklassifizierung. Es ermöglicht die Steuerung des D50-Werts (mittlere Partikelgröße) und des Verteilungsbereichs des Endprodukts. Dies optimiert die Diffusionswege der Lithiumionen und die elektronische Leitfähigkeit beim anschließenden Sintern und verbessert so die Materialverdichtungsdichte und die Geschwindigkeitsleistung.

Flüssigphasenmethode – Methode der selbstverdampfenden Flüssigphasensynthese

Vorbehandlung und Homogenisierung von Vorläufern
Veredelung fester RohstoffeObwohl die Flüssigphasenmethode hauptsächlich Lösungsreaktionen umfasst, erfordern einige Prozesse das Vorzerkleinern fester Rohstoffe wie Lithiumquellen (z. B. LiOH) und Eisenquellen (z. B. FePO₄·2H₂O) zu mikrometergroßen Partikeln. Dies verbessert deren Auflösung und Dispersion im Lösungsmittel. Die Strahlmühle zerkleinert Rohstoffe durch die Scherkräfte des Hochgeschwindigkeitsluftstroms effizient auf Submikrometergröße, reduziert so die Partikelagglomeration und gewährleistet die Gleichmäßigkeit in nachfolgenden Flüssigphasenreaktionen.

Sekundärzerkleinerung und Klassifizierung getrockneter Partikel

Bei der selbstverdampfenden Flüssigphasenmethode bildet der Lithiumeisenphosphat-Vorläufer durch Lösungsverdampfung und Kristallisation häufig feuchte Partikel. Nach dem Trocknen können Probleme wie Agglomeration oder ungleichmäßige Partikelgrößenverteilung auftreten. Die Strahlmühle kann die getrockneten groben Partikel nachmahlen, Agglomerate aufbrechen und monodisperse, mikrometergroße Partikel erzeugen.


Der Klassifizierungssystem der Strahlmühle kann Partikel innerhalb eines bestimmten Größenbereichs (z. B. D50 = 1–3 μm) auswählen. Dies verhindert Probleme wie eine verringerte Verdichtungsdichte durch zu feine Partikel oder einen erhöhten Ionendiffusionswiderstand durch zu grobe Partikel und optimiert die elektrochemische Leistung des Materials (z. B. Ratenkapazität und Zyklenlebensdauer).

Strahlmühle für Lithiumeisenphosphat

Abschluss

Die Strahlmühle für Lithiumeisenphosphat verbessert die Qualität von Lithiumeisenphosphat deutlich. Sie sorgt für eine gleichmäßige Partikelgröße und verbessert die elektrochemische Leistung. Durch Optimierung von Partikelgröße und Dispersion steigert die Strahlmühle die Kapazität und Lebensdauer. Dieses Verfahren spielt eine entscheidende Rolle bei der Weiterentwicklung der Lithiumeisenphosphat-Batterietechnologie.

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