Con el rápido crecimiento de la nueva industria energética, fosfato de hierro y litio Las baterías se han convertido en las nuevas favoritas del mercado gracias a sus ventajas, como su alta seguridad y larga vida útil. En producción, Molino de chorro Los procesos de molienda ultrafina para el fosfato de litio y hierro desempeñan un papel fundamental en su preparación. Como eficientes equipos de molienda ultrafina, trituran materiales a niveles micrométricos o nanométricos. Esto aumenta la superficie y el rendimiento electroquímico. Los molinos de chorro muelen materiales sinterizados para obtener una molienda uniforme. tamaño de partícula Distribución. Esto optimiza la densidad energética, la vida útil y el rendimiento de carga y descarga. El proceso es crucial para mejorar la calidad y la consistencia del fosfato de hierro y litio.
Batería de litio
Una batería de litio consta de cátodo, ánodo, separador, electrolito y carcasa. El cátodo es un material central que influye en la densidad energética, la seguridad, la vida útil y las aplicaciones.
Representa entre 30 y 401 TP3T del coste del material. El cátodo es el material más grande y valioso en la industria de las baterías.
Según los sistemas de materiales, los materiales catódicos incluyen óxido de litio y cobalto, óxido de litio y manganeso, fosfato de litio y hierro, y materiales ternarios. El fosfato de litio y hierro es un material catódico con estructura de olivino. Se fabrica a partir de litio, hierro, fósforo y carbono mediante mezcla, secado, sinterización y trituración.
Fosfato de hierro y litio
La expresión molecular del fosfato de hierro y litio es LiFePO₄. Su principio de funcionamiento en el proceso de carga y descarga de baterías de litio es el siguiente:
Cuando se carga la batería de litio, el ion de litio Li+ se separa del material del ánodo de fosfato de hierro y litio LiFePO4, pasa a través del separador de batería y el electrolito, y luego se incrusta en el material del ánodo, completando el proceso de carga.
Factores importantes que afectan el rendimiento del material del cátodo de fosfato de hierro y litio
Tamaño de partícula
La distribución del tamaño de partícula de los cristales de LiFePO₄ afecta en gran medida el rendimiento del material del cátodo.
En las mismas condiciones, las partículas más pequeñas acortan las rutas de transporte de Li⁺. Un tamaño de partícula menor mejora el rendimiento y permite una carga y descarga más rápidas.
Capacidad específica
La capacidad específica de LiFePO₄ afecta significativamente la densidad de energía gravimétrica de la batería. En las mismas condiciones, una mayor capacidad específica aumenta la densidad de energía. Una mayor capacidad específica implica una mayor capacidad de la batería para la misma masa.
Densidad compactada
La densidad de compactación del LiFePO₄ afecta significativamente la densidad energética volumétrica de la batería. En las mismas condiciones, una mayor densidad de compactación aumenta la densidad energética volumétrica. Una mayor densidad de compactación implica una mayor capacidad de la batería para el mismo volumen.
Área superficial específica
La superficie específica de LiFePO₄ afecta considerablemente la velocidad y el rendimiento a baja temperatura. En las mismas condiciones, una mayor superficie aumenta el contacto con el electrolito. Una mejor conductividad mejora la velocidad, lo que permite una carga y descarga más rápidas.
Contenido de impurezas
El contenido de impurezas de LiFePO₄ afecta el rendimiento electroquímico y la seguridad de la batería. Entre estas impurezas se incluyen calcio, sodio, cobre, cromo y zinc. Un exceso de impurezas aumenta la autodescarga y acorta la vida útil de la batería. Un alto nivel de impurezas aumenta el riesgo de daños en el separador, lo que reduce la seguridad de la batería.
Contenido de humedad
El contenido de humedad del LiFePO₄ afecta el rendimiento electroquímico, la seguridad y la vida útil de la batería. El exceso de humedad reacciona con el electrolito, formando gas y ácido fluorhídrico. Esto provoca hinchazón y corrosión en la batería, y reduce la seguridad y el rendimiento.
Otros indicadores
Forma de partículas, densidad aparente, contenido de carbono, pH y otras propiedades electroquímicas del fosfato de hierro y litio.
Método de preparación de fosfato de hierro y litio.
Existen diversos métodos para la preparación de LiFePO₄. Según el estado de reacción del material, se clasifican en métodos de síntesis en fase sólida y en fase líquida. El proceso de preparación del fosfato de hierro y litio varía según el método de preparación, así como el equipo correspondiente. Molino de chorro Para el fosfato de hierro y litio son inseparables.
Método de fase sólida - Método de reducción carbotérmica
Pretratamiento de refinamiento de materia prima: En el método de fase sólida, se mezclan a fondo las fuentes de hierro (p. ej., FePO₄), litio (p. ej., Li₂CO₃) y carbono (p. ej., glucosa). El molino de chorro, mediante la fuerza de corte y la colisión generadas por un flujo de aire a alta velocidad, tritura la materia prima a niveles micrométricos o submicrométricos. Esto mejora significativamente la finura de las partículas y la uniformidad de la dispersión, evitando inconsistencias locales en la reacción o la segregación de la composición debido a partículas gruesas.
Control y clasificación del tamaño de partículas: El molino de chorro con clasificador de aire Ofrece una clasificación precisa del tamaño de partícula. Puede controlar el D50 (tamaño medio de partícula) y el rango de distribución del producto final. Esto optimiza las vías de difusión de iones de litio y la conductividad electrónica durante la sinterización posterior, mejorando la densidad de compactación del material y el rendimiento.
Método de fase líquida: método de síntesis en fase líquida por autoevaporación
Pretratamiento y homogeneización de precursores
Refinamiento de materias primas sólidasAunque el método en fase líquida implica principalmente reacciones en solución, algunos procesos requieren la trituración previa de materias primas sólidas, como las fuentes de litio (p. ej., LiOH) y de hierro (p. ej., FePO₄·2H₂O), hasta obtener partículas micrométricas. Esto mejora su velocidad de disolución y dispersión en el disolvente. El molino de chorro, mediante fuerzas de cizallamiento del flujo de aire a alta velocidad, tritura eficientemente las materias primas a niveles submicrónicos, lo que reduce la aglomeración de partículas y garantiza la uniformidad en las reacciones en fase líquida posteriores.
Trituración secundaria y clasificación de partículas secas
En el método de autoevaporación en fase líquida, el precursor de fosfato de hierro y litio suele formar partículas húmedas mediante la evaporación de la solución y la cristalización. Tras el secado, pueden presentarse problemas como aglomeración o una distribución desigual del tamaño de las partículas. El molino de chorro puede realizar una molienda secundaria de las partículas gruesas secas, desintegrando los aglomerados y produciendo partículas monodispersas de tamaño micrométrico.
El sistema de clasificación del molino de chorro Permite seleccionar partículas dentro de un rango de tamaño específico (p. ej., D50 = 1-3 μm). Esto evita problemas como la disminución de la densidad de compactación causada por partículas demasiado finas o el aumento de la resistencia a la difusión de iones causada por partículas demasiado gruesas, optimizando así el rendimiento electroquímico del material (p. ej., capacidad de flujo y ciclo de vida).
Conclusión
El molino de chorro para hierro-litio mejora significativamente la calidad del fosfato de hierro-litio. Garantiza un tamaño de partícula uniforme y mejora el rendimiento electroquímico. Al optimizar el tamaño y la dispersión de las partículas, el molino de chorro aumenta la capacidad de procesamiento y la vida útil. Este proceso desempeña un papel crucial en el avance de la tecnología de baterías de fosfato de hierro-litio.
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