Avec la croissance rapide de l’industrie des nouvelles énergies, phosphate de fer et de lithium Les batteries sont devenues la nouvelle référence du marché grâce à leurs avantages tels qu'une sécurité élevée et une longue durée de vie. En production, Broyeur à jet Les broyeurs à jet d'air pour phosphate de fer lithium jouent un rôle essentiel dans la préparation du phosphate de fer lithium. Ce broyeur ultrafin et performant broie les matériaux à l'échelle du micron ou du nanomètre. Cela augmente la surface spécifique et les performances électrochimiques. Les broyeurs à jet d'air broient les matériaux frittés pour une homogénéité optimale. la taille des particules Distribution. Cela optimise la densité énergétique, la durée de vie et les performances de charge-décharge. Ce processus est essentiel pour améliorer la qualité et la régularité du phosphate de fer et de lithium.
Batterie au lithium
Une batterie au lithium se compose d'une cathode, d'une anode, d'un séparateur, d'un électrolyte et d'un boîtier. La cathode est le matériau central qui influence la densité énergétique, la sécurité, la durée de vie et les applications.
Elle représente 30 à 40% de coûts de matériaux. La cathode est le matériau le plus volumineux et le plus précieux de l'industrie des batteries.
Selon les systèmes de matériaux, les matériaux cathodiques comprennent l'oxyde de lithium-cobalt, l'oxyde de lithium-manganèse, le phosphate de lithium-fer et des matériaux ternaires. Le phosphate de lithium-fer est un matériau cathodique à structure olivine. Il est fabriqué à partir de lithium, de fer, de phosphore et de carbone par mélange, séchage, frittage et broyage.
Phosphate de fer et de lithium
L'expression moléculaire du phosphate de fer et de lithium est LiFePO4. Son principe de fonctionnement lors de la charge et de la décharge des batteries au lithium est le suivant :
Lorsque la batterie au lithium est chargée, l'ion lithium Li+ est séparé du matériau d'anode en phosphate de fer lithium LiFePO4, traverse le séparateur de batterie et l'électrolyte, puis s'intègre dans le matériau d'anode, complétant ainsi le processus de charge.
Facteurs importants affectant les performances du matériau de cathode au lithium fer phosphate
La taille des particules
La distribution granulométrique des cristaux de LiFePO₄ affecte considérablement les performances du matériau de la cathode.
Dans les mêmes conditions, des particules plus petites raccourcissent les trajets de transport du Li⁺. Une taille de particule plus petite améliore les performances et permet une charge et une décharge plus rapides.
Capacité spécifique
La capacité spécifique de LiFePO₄ affecte significativement la densité énergétique gravimétrique de la batterie. Dans les mêmes conditions, une capacité spécifique plus élevée augmente la densité énergétique. Une capacité spécifique plus élevée se traduit par une capacité de batterie supérieure pour une même masse.
Densité compactée
La densité de compactage du LiFePO₄ affecte significativement la densité énergétique volumétrique de la batterie. Dans les mêmes conditions, une densité de compactage plus élevée augmente la densité énergétique volumétrique. Une densité de compactage plus élevée se traduit par une plus grande capacité de batterie pour un même volume.
Aire de surface spécifique
La surface spécifique du LiFePO₄ influence considérablement la puissance et les performances à basse température. Dans les mêmes conditions, une surface plus importante augmente le contact avec l'électrolyte. Une meilleure conductivité améliore les performances, permettant une charge et une décharge plus rapides.
Teneur en impuretés
La teneur en impuretés de la batterie LiFePO₄ affecte ses performances électrochimiques et sa sécurité. Parmi ces impuretés, on trouve le calcium, le sodium, le cuivre, le chrome et le zinc. Un excès d'impuretés augmente l'autodécharge et réduit la durée de vie de la batterie. Un niveau élevé d'impuretés augmente le risque d'endommagement du séparateur, réduisant ainsi la sécurité de la batterie.
Teneur en humidité
La teneur en humidité du LiFePO₄ affecte les performances électrochimiques, la sécurité et la durée de vie de la batterie. L'excès d'humidité réagit avec l'électrolyte, formant du gaz et de l'acide fluorhydrique. Cela provoque un gonflement de la batterie, de la corrosion et une réduction de la sécurité et des performances.
Autres indicateurs
Forme des particules, densité après tassement, teneur en carbone, pH et autres propriétés électrochimiques du phosphate de fer et de lithium.
Méthode de préparation du phosphate de fer et de lithium
Il existe différentes méthodes de préparation du LiFePO₄. Selon l'état de réaction du matériau, elles sont classées en deux catégories : en phase solide et en phase liquide. Le procédé de préparation du phosphate de fer et de lithium diffère selon les méthodes, tout comme l'équipement correspondant. Broyeur à jet pour le lithium fer phosphate sont indissociables.
Méthode en phase solide - Méthode de réduction carbothermique
Prétraitement du raffinage des matières premières : Pour la méthode en phase solide, les sources de fer (par exemple, FePO₄), de lithium (par exemple, Li₂CO₃) et de carbone (par exemple, glucose) sont soigneusement mélangées. Le broyeur à jets, grâce à la force de cisaillement et aux collisions générées par un flux d'air à grande vitesse, broie les matières premières à l'échelle du micron ou du sous-micron. Cela améliore considérablement la finesse des particules et l'uniformité de la dispersion, évitant ainsi les irrégularités locales de la réaction ou la ségrégation de la composition dues aux particules grossières.
Contrôle et classification de la taille des particules : Le broyeur à jet avec classificateur d'air Offre une classification granulométrique précise. Il permet de contrôler la D50 (taille médiane des particules) et la plage de distribution du produit final. Cela optimise les chemins de diffusion des ions lithium et la conductivité électronique lors du frittage ultérieur, améliorant ainsi la densité de compactage du matériau et les performances de vitesse.
Méthode en phase liquide – méthode de synthèse en phase liquide par auto-évaporation
Prétraitement et homogénéisation des précurseurs
Raffinage des matières premières solidesBien que la méthode en phase liquide implique principalement des réactions en solution, certains procédés nécessitent un pré-broyage de matières premières solides, telles que des sources de lithium (par exemple, LiOH) et de fer (par exemple, FePO₄·2H₂O), en particules de taille micrométrique. Cela améliore leur vitesse de dissolution et leur dispersion dans le solvant. Le broyeur à jet, grâce aux forces de cisaillement du flux d'air à grande vitesse, broie efficacement les matières premières à des niveaux submicroniques, réduisant ainsi l'agglomération des particules et garantissant l'uniformité des réactions ultérieures en phase liquide.
Concassage secondaire et classification des particules séchées
Dans la méthode d'auto-évaporation en phase liquide, le précurseur de phosphate de fer et de lithium forme souvent des particules humides par évaporation de la solution et cristallisation. Après séchage, des problèmes tels qu'une agglomération ou une distribution granulométrique inégale peuvent survenir. Le broyeur à jets peut effectuer un broyage secondaire des particules grossières séchées, brisant les agglomérats et produisant des particules monodispersées de la taille d'un micron.
Le système de classification des broyeurs à jet Permet de sélectionner des particules d'une taille spécifique (par exemple, D50 = 1-3 μm). Cela évite des problèmes tels qu'une diminution de la densité de compactage due à des particules trop fines ou une augmentation de la résistance à la diffusion ionique due à des particules trop grossières, optimisant ainsi les performances électrochimiques du matériau (par exemple, capacité nominale et durée de vie).
Conclusion
Le broyeur à jet pour lithium-fer améliore considérablement la qualité du phosphate de lithium-fer. Il assure une granulométrie uniforme et améliore les performances électrochimiques. En optimisant la granulométrie et la dispersion des particules, le broyeur à jet augmente la capacité et la durée de vie des batteries. Ce procédé joue un rôle crucial dans l'évolution de la technologie des batteries lithium-fer-phosphate.
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