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格瑞德曼:電池材料的樣品制備解決方案

更新時(shí)間:2024-08-02 點(diǎn)擊量:2228

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,電子設(shè)備的不斷普及,智能手機(jī)、筆記本電腦等應(yīng)用,尤其是在全球新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的背景下,電池技術(shù)的進(jìn)步已然成為推動(dòng)行業(yè)前行的關(guān)鍵力量,新能源汽車(chē)的普及對(duì)電池的需求提出了更高的要求。制備出高性能的電池材料已成為各大院校、各科研院以及車(chē)企的熱點(diǎn)研究方向。

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鋰離子電池,其構(gòu)造可分為正極材料、負(fù)極材料、電池隔膜、電解液等幾部分。

 

正極材料:從正極材料上看,新能源電池大致可分為磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池。

正極材料的安全性,能量密度和功率密度是當(dāng)前不同車(chē)型對(duì)鋰離子電池類(lèi)型取舍的基本依據(jù)。

 

鈷酸鋰電池:主要材料是鈷酸鋰,由于鈷資源相對(duì)貧乏,價(jià)格較高,對(duì)環(huán)境有毒、安全性較差、容量相對(duì)較低等缺點(diǎn),大大限制了其廣泛的應(yīng)用和長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展,因此,這類(lèi)電池主要應(yīng)用于數(shù)碼電池中。

 

錳酸鋰電池:主要為尖晶石型錳酸鋰。對(duì)比鈷酸鋰,具有資源豐富,價(jià)格便宜,對(duì)環(huán)境污染小等特點(diǎn)。但尖晶石結(jié)構(gòu)很難保持完整性,循環(huán)性差,這類(lèi)電池多應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)。

 

磷酸鐵鋰電池:主要為磷酸鐵鋰材料,原料豐富,價(jià)格低廉,對(duì)環(huán)境友好,循環(huán)性能非常好,安全性能特別高等特點(diǎn)使其最先在電動(dòng)汽車(chē)上得到應(yīng)用。但體積能量密度低,溫度適應(yīng)性差等缺點(diǎn),限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。

 

三元鋰電池:主要為鎳鈷錳或者鎳鈷鋁。最大的優(yōu)勢(shì)就是能量密度高。它可以通過(guò)調(diào)整正極材料中鎳的占比,來(lái)提高電池能量密度。高能量密度同時(shí)也帶來(lái)了高風(fēng)險(xiǎn),它的穩(wěn)定性相對(duì)較差,發(fā)生燃燒事故的可能性也較高。

 

為了制備出高質(zhì)量的鋰電池材料,不同的材料,選擇合適的制備儀器 和制備方法可以讓實(shí)驗(yàn)事半功倍。根據(jù)我們以往服務(wù)過(guò)的部分客戶案例,結(jié)合實(shí)驗(yàn)應(yīng)用,針對(duì)鋰電池樣品制備解決方案,格瑞德曼推出的如下選型可作為實(shí)驗(yàn)參考。

 

案例一:

用戶:鋰辰科技

樣品:石墨

材料性質(zhì):脆性

使用儀器:臼式研磨儀MG200

研磨套件材質(zhì):瑪瑙材質(zhì)

制備要求:達(dá)到5微米

研磨時(shí)間:10分鐘

 

石墨是常見(jiàn)的一種電池負(fù)極材料,易研磨,可選擇的制樣設(shè)備也較為廣泛,考慮到效率和清潔,推薦使用臼式研磨儀MG200。

 

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臼式研磨儀MG200可以被稱(chēng)為是"手動(dòng)研缽的自動(dòng)化儀器",操作簡(jiǎn)單、方便。

1、人性化設(shè)計(jì)、易清洗

2、杵頭插拔式設(shè)計(jì),方便拆卸

3、杵頭壓力可調(diào)節(jié)

4、內(nèi)置觀察燈,可隨時(shí)查看樣品的研磨狀況

5、程序設(shè)置完成后,無(wú)需人員監(jiān)護(hù)

 

在電池材料類(lèi)樣品制備中,固態(tài)電解質(zhì)是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池技術(shù),相較于傳統(tǒng)的鋰離子電池,它具有良好的機(jī)械變形能力、高鋰離子電導(dǎo)率以及與高電壓正極材料的較強(qiáng)兼容性。在下面的案例中,我們分享的是行星式球磨儀在鋰電池材料的應(yīng)用。

 

案例二:

用戶:中國(guó)科學(xué)院大學(xué)

樣品:固態(tài)電解質(zhì)

樣品性質(zhì):脆性

使用儀器:行星式球磨儀BM20

研磨罐:500毫升氧化鋯研磨罐

研磨球:15mm 氧化鋯研磨球

轉(zhuǎn)速:300rpm

研磨時(shí)間:15min

出樣尺寸:D90<27微米

處理量:?jiǎn)未翁幚砹繛?00g左右

 

由于樣品的特性,水和法效果并不理想,對(duì)于鹵化物一些樣品,球磨后整體表現(xiàn)為非晶化,有助于離子傳導(dǎo)。用行星式球磨儀研磨后的樣品,通過(guò)測(cè)試離子電導(dǎo)率和XRD,觀察其電化學(xué)性能和結(jié)構(gòu),后續(xù)進(jìn)行組裝全電池的測(cè)試。

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行星式球磨儀BM20

除了可以制備固態(tài)電解質(zhì)材料外,行星式球磨儀亦可以針對(duì)磷酸鐵鋰電池材料進(jìn)行高效率的制備,其研究方向主要是通過(guò)研究材料的納米化來(lái)提高磷酸鐵鋰電池的能量密度,而納米化對(duì)環(huán)境要求比較高,因此在部分實(shí)驗(yàn)條件下,實(shí)驗(yàn)人員通常要求在手套箱內(nèi)操作。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中,就需要選配帶有通氣蓋和緊固環(huán)的研磨罐。

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(行星式球磨儀BM40)

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帶有通氣蓋和緊固環(huán)的研磨罐

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在實(shí)際應(yīng)用中,行星式球磨儀有多個(gè)選擇,可以選擇單平臺(tái)行星式球磨儀、雙平臺(tái)行星式球磨儀以及四平臺(tái)行星式球磨儀。與雙平臺(tái)行星式球磨儀BM20相比,行星式球磨儀BM40有4個(gè)研磨平臺(tái),可同時(shí)研磨2份、4份、或8份樣品,能快速實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)的研磨細(xì)度。之所以能受到眾多客戶的喜愛(ài),得益于其實(shí)用、安全、便捷的優(yōu)異性能:

 

1、研磨室自動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng),可用于研磨罐冷卻;

2、可自動(dòng)反向轉(zhuǎn)動(dòng);

3、智能的安全門(mén)鎖,可保障儀器操作的安全性;
4、 采用人體工程學(xué)設(shè)計(jì),在操作上集舒適性和安全性于一體;
5、人性化的程序設(shè)計(jì),可以設(shè)定研磨的起始時(shí)間,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以自行運(yùn)轉(zhuǎn),而無(wú)需人員監(jiān)護(hù);

6、人性化的鎖緊裝置和開(kāi)罐工具。


當(dāng)然,除了傳統(tǒng)的行星式球磨儀,針對(duì)鋰電池材料、納米材料樣品制備,格瑞德曼推出的小型高能行星式球磨儀NM200以及高能振動(dòng)球磨儀GT600Dual也是不錯(cuò)的選擇。


和傳統(tǒng)的行星式球磨儀相比,小型高能行星式球磨儀NM200的轉(zhuǎn)速更高,亦是材料類(lèi)樣品制備的“寵兒",在研磨罐的自動(dòng)識(shí)別、安裝、取出和轉(zhuǎn)速性能上,都是傳統(tǒng)型球磨儀無(wú)法達(dá)到的效果。


1、研磨腔門(mén)可自動(dòng)關(guān)閉;

2、離心加速度,研磨轉(zhuǎn)速可達(dá)2200轉(zhuǎn);

3、可識(shí)別研磨罐材質(zhì);

4、研磨罐RFID自動(dòng)識(shí)別和定位功能,確保儀器安全運(yùn)行;

5、可自動(dòng)安裝、定位和鎖緊,無(wú)需人工手動(dòng)操作;

6、嵌入式研磨罐設(shè)計(jì),操作簡(jiǎn)單方便。

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(小型高能行星式球磨儀NM200)

 

而高能振動(dòng)球磨儀GT600Dual,和傳統(tǒng)的行星式球磨儀相比,工作原理有顯著不同,它主要是通過(guò)研磨球高強(qiáng)度的撞擊下,將樣品粉碎以達(dá)到更好的研磨效果,其優(yōu)勢(shì)性能也是當(dāng)下材料樣品制備的理想選擇。

 

1、高達(dá)35Hz的強(qiáng)力粉碎;

2、通用性強(qiáng),可將樣品研磨至納米范圍;

3、適用于高強(qiáng)度、多頻次的使用;

4、緊固方便的研磨罐;

5、可干磨、濕磨、冷凍研磨。

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(高能振動(dòng)球磨儀GT600Dual)

 

下面將要介紹的樣品是一種錳酸鋰電池,主要為尖晶石型錳酸鋰。對(duì)比鈷酸鋰,具有資源豐富,價(jià)格便宜,對(duì)環(huán)境污染小等特點(diǎn),但尖晶石結(jié)構(gòu)很難保持完整性,循環(huán)性差,這類(lèi)電池多應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)。此類(lèi)材料屬于中硬性的,用戶需要D50達(dá)到3-15微米,且效率要求高。

 

傳統(tǒng)的研磨方式,顎式破碎儀和球磨儀的轉(zhuǎn)速偏低,因此嘗試使用高轉(zhuǎn)速的超離心研磨儀FM200。

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(超離心研磨儀FM200)

 

用戶:中芯能

樣品:錳酸鋰

樣品性質(zhì):中硬性

使用儀器:超離心研磨儀FM200

轉(zhuǎn)刀:12齒轉(zhuǎn)刀

轉(zhuǎn)刀材質(zhì):鈦制

篩網(wǎng):0.08mm篩網(wǎng)

篩網(wǎng)材質(zhì):鈦制

設(shè)定轉(zhuǎn)速:18000rpm

研磨時(shí)間:即入即出

 

超離心研磨儀FM200是一款即入即出的高效率研磨設(shè)備,其高轉(zhuǎn)速和可控的出樣尺寸,是球磨設(shè)備無(wú)法達(dá)到的高效便捷。

1、運(yùn)行可靠、清潔方便

2、即入即出的研磨效果

3、出樣尺寸可由篩網(wǎng)控制

4、多樣化的配件可滿足豐富的產(chǎn)品應(yīng)用


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為了達(dá)到更好的研磨效果,我們建議搭配自動(dòng)進(jìn)樣器和旋風(fēng)分離器來(lái)使用,不僅可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)樣,亦可實(shí)現(xiàn)連續(xù)收集。

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每款研磨儀都不是萬(wàn)能的,選擇適合的就是適合的,如您想要了解更多鋰電池材料樣品制備的解決方案,請(qǐng)聯(lián)系格瑞德曼公司!

 

 


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