Com o rápido crescimento da nova indústria energética, fosfato de ferro e lítio As baterias se tornaram as novas favoritas do mercado com suas vantagens como alta segurança e longa vida útil. Na produção, Moinho a jato para fosfato de ferro e lítio desempenham um papel fundamental na preparação de fosfato de ferro e lítio. Como equipamentos de moagem ultrafina eficientes, eles trituram materiais em níveis de mícron ou nanômetro. Isso aumenta a área de superfície e o desempenho eletroquímico. Os moinhos a jato moem materiais sinterizados para uniformidade tamanho da partícula distribuição. Isso otimiza a densidade de energia, a vida útil do ciclo e o desempenho de carga-descarga. O processo é crucial para melhorar a qualidade e a consistência do fosfato de ferro-lítio.
Bateria de lítio
Uma bateria de lítio consiste em cátodo, ânodo, separador, eletrólito e invólucro. O cátodo é um material central que afeta a densidade de energia, a segurança, a vida útil e as aplicações.
Ele responde por 30-40% de custos de material. O cátodo é o maior e mais valioso material na indústria de baterias.
De acordo com os sistemas de materiais, os materiais de cátodo incluem óxido de lítio-cobalto, óxido de lítio-manganês, fosfato de ferro-lítio e materiais ternários. O fosfato de ferro-lítio é um material de cátodo estruturado em olivina. É feito de fontes de lítio, ferro, fósforo e carbono por meio de mistura, secagem, sinterização e britagem.
Fosfato de ferro e lítio
A expressão molecular do fosfato de ferro de lítio é LiFePO4. Seu princípio de funcionamento no processo de carga e descarga de baterias de lítio é o seguinte:
Quando a bateria de lítio é carregada, o íon de lítio Li+ é separado do material do ânodo de fosfato de ferro-lítio LiFePO4, passa pelo separador de bateria e eletrólito e, então, é incorporado ao material do ânodo, completando o processo de carregamento.
Fatores importantes que afetam o desempenho do material do cátodo de fosfato de ferro e lítio
Tamanho da partícula
A distribuição do tamanho das partículas dos cristais de LiFePO₄ afeta muito o desempenho da taxa de material do cátodo.
Sob as mesmas condições, partículas menores encurtam os caminhos de transporte de Li⁺. O tamanho menor das partículas melhora o desempenho da taxa e permite carga e descarga mais rápidas.
Capacidade específica
A capacidade específica do LiFePO₄ afeta significativamente a densidade de energia gravimétrica da bateria. Sob as mesmas condições, maior capacidade específica aumenta a densidade de energia. Maior capacidade específica significa maior capacidade da bateria para a mesma massa.
Densidade compactada
A densidade de compactação do LiFePO₄ afeta significativamente a densidade de energia volumétrica da bateria. Sob as mesmas condições, uma densidade de compactação mais alta aumenta a densidade de energia volumétrica. Uma densidade de compactação mais alta significa maior capacidade da bateria para o mesmo volume.
Área específica da superfície
A área de superfície específica do LiFePO₄ afeta muito a taxa e o desempenho em baixa temperatura. Sob as mesmas condições, uma área de superfície maior aumenta o contato com o eletrólito. Melhor condutividade melhora o desempenho da taxa, permitindo carregamento e descarregamento mais rápidos.
Conteúdo de impurezas
O conteúdo de impurezas do LiFePO₄ afeta o desempenho eletroquímico e a segurança da bateria. As impurezas incluem cálcio, sódio, cobre, cromo e zinco. Impurezas excessivas aumentam a autodescarga e encurtam a vida útil da bateria. Altos níveis de impurezas aumentam o risco de danos ao separador, reduzindo a segurança da bateria.
Teor de umidade
O teor de umidade do LiFePO₄ afeta o desempenho eletroquímico, a segurança e a vida útil da bateria. O excesso de umidade reage com o eletrólito, formando gás e ácido fluorídrico. Isso causa inchaço da bateria, corrosão e redução da segurança e do desempenho.
Outros indicadores
Formato de partícula, densidade de compactação, teor de carbono, pH e outras propriedades eletroquímicas do fosfato de ferro e lítio.
Método de preparação de fosfato de ferro-lítio
Existem vários métodos para preparação de LiFePO₄. Com base nos estados de reação do material, eles são classificados em métodos de síntese de fase sólida e fase líquida. De acordo com diferentes métodos de preparação, o processo de preparação de fosfato de ferro-lítio é diferente, e o equipamento correspondente também é diferente. Moinho a jato para fosfato de ferro e lítio são inseparáveis.
Método de fase sólida-Método de redução carbotérmica
Pré-tratamento de refino de matéria-prima: Para o método de fase sólida, a fonte de ferro (por exemplo, FePO₄), a fonte de lítio (por exemplo, Li₂CO₃) e a fonte de carbono (por exemplo, glicose) são completamente misturadas. O moinho de jato, por meio de força de cisalhamento e colisão geradas por fluxo de ar de alta velocidade, tritura as matérias-primas em níveis de mícron ou submícron. Isso melhora significativamente a finura das partículas e a uniformidade da dispersão, evitando inconsistência de reação local ou segregação da composição devido a partículas grossas.
Controle e classificação do tamanho de partículas: O moinho de jato com classificador de ar oferece classificação precisa do tamanho de partícula. Ele pode controlar o D50 (tamanho médio de partícula) e a faixa de distribuição do produto final. Isso otimiza os caminhos de difusão de íons de lítio e a condutividade eletrônica durante a sinterização subsequente, melhorando a densidade de compactação do material e o desempenho da taxa.
Método de fase líquida – método de síntese de fase líquida de autoevaporação
Pré-tratamento e homogeneização de precursores
Refinamento de Matérias-Primas Sólidas: Embora o método de fase líquida envolva principalmente reações de solução, alguns processos exigem a pré-trituração de matérias-primas sólidas, como fonte de lítio (por exemplo, LiOH) e fonte de ferro (por exemplo, FePO₄·2H₂O) para partículas de tamanho micrométrico. Isso melhora sua taxa de dissolução e dispersão no solvente. O moinho de jato, por meio de forças de cisalhamento de fluxo de ar de alta velocidade, tritura eficientemente matérias-primas para níveis submicrométricos, reduzindo a aglomeração de partículas e garantindo uniformidade nas reações subsequentes de fase líquida.
Britagem secundária e classificação de partículas secas
No método de fase líquida de autoevaporação, o precursor de fosfato de ferro e lítio frequentemente forma partículas úmidas por meio da evaporação da solução e cristalização. Após a secagem, podem ocorrer problemas como aglomeração ou distribuição desigual do tamanho das partículas. O moinho de jato pode realizar moagem secundária nas partículas grossas secas, quebrando aglomerados e produzindo partículas monodispersas de tamanho micrométrico.
O sistema de classificação do moinho de jato pode selecionar partículas dentro de uma faixa de tamanho específica (por exemplo, D50 = 1-3 μm). Isso evita problemas como densidade de compactação reduzida de partículas muito finas ou resistência aumentada à difusão de íons de partículas muito grossas, otimizando o desempenho eletroquímico do material (por exemplo, capacidade de taxa e vida útil do ciclo).
Conclusão
O moinho a jato para ferro-lítio melhora significativamente a qualidade do fosfato de ferro-lítio. Ele garante tamanho de partícula uniforme e melhora o desempenho eletroquímico. Ao otimizar o tamanho de partícula e a dispersão, o moinho a jato aumenta a capacidade de taxa e a vida útil do ciclo. Este processo desempenha um papel crucial no avanço da tecnologia de bateria de fosfato de ferro-lítio.
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