Катодныя матэрыялы, адзін з чатырох асноўных матэрыялаў у літыевыя батарэі (cathode, anode, separator, and electrolyte), are crucial components of lithium batteries. They also account for a large portion of the battery’s cost. The cost of cathode materials largely determines the price of the battery. Among lithium battery cathode materials, mainstream materials include lithium cobalt oxide (LCO), lithium iron phosphate (LFP), lithium manganese iron phosphate (LMFP), nickel cobalt manganese lithium oxide (NCM), and lithium manganese oxide (LMO), among others. Their production processes differ slightly, but the fundamental principles are similar. The precursor materials are mixed with lithium carbonate or lithium hydroxide and then heated at high temperatures to obtain the product.
Працэс вытворчасці фасфату літыя і жалеза ў асноўным уключае два метады: цвёрдафазны і вадкафазны. Цвёрдафазны метад мае розныя падыходы, такія як метад фасфатнага жалеза, метад жалеза, метад чырвонага жалеза і метад аксалатнага жалеза. Кожны з іх мае свае перавагі і недахопы. Вадкафазны метад, у асноўным прадстаўлены метадам самавыпарвання ў вадкай фазе, распрацаваным Defang Nano, мае высокі тэхналагічны бар'ер. У гэтым артыкуле ў якасці прыкладу будзе растлумачаны асноўны метад фасфатнага жалеза.
Змешванне і драбненне
The reaction materials are ground and fully mixed to ensure that the reaction proceeds effectively during the subsequent sintering process. The equipment used in this step is a sand mill. The main raw materials, including iron phosphate, lithium carbonate, carbon source (such as glucose, sucrose, polyethylene glycol, etc.), dispersing agent, and additives, are added to the mixing equipment in precise stoichiometric proportions. Pure water or ethanol is used for pre-dispersion, followed by grinding in a sand mill. This process continues until the desired particle size (usually under 500nm) is achieved.
The iron phosphate and lithium carbonate are the main reactants. The carbon source plays an important role in forming a carbon coating on the lithium iron phosphate surface during high-temperature sintering. This improves its conductivity and prevents the formation of Fe³⁺. The dispersing agent enhances the dispersion and solid content of the slurry. Some high-molecular materials also form a carbon coating after sintering to improve the material’s performance.
Такія дабаўкі, як праводны графіт, вугляродныя нанатрубкі або аксіды металаў, паляпшаюць праводнасць, высокія/нізкія тэмпературы і цыклічную стабільнасць канчатковага прадукту.
Распыляльная сушка
На гэтым этапе з змяшанай суспензіі, атрыманай у выніку працэсу драбнення, выдаляецца растваральнік. Гэта пераўтварае суспензію ў сухі парашок для наступнага працэсу спякання. Выкарыстоўваецца распыляльная сушылка.
Суспензія распыляецца на дробныя кроплі з дапамогай цэнтрабежнай фарсункі. Затым гэтыя кроплі ўступаюць у кантакт з нагрэтым паветрам. Пры гэтым растваральнік выпараецца, пакідаючы цвёрдыя часціцы парашка. Затым гэтыя часціцы збіраюцца цыклонным сепаратарам. Працэс распыляльнай сушкі ператварае суспензію ў сухі парашок, гатовы да спякання.
Спяканне
Парашкападобная сумесь падвяргаецца высокатэмпературнай рэакцыі ў печы, абароненай азотам, што з'яўляецца ключавым этапам працэсу. Тэмпература і працягласць працэсу спякання непасрэдна ўплываюць на характарыстыкі канчатковага прадукту. Абсталяванне, якое выкарыстоўваецца, звычайна ўяўляе сабой ролікавую печ, даўжыня якой можа складаць некалькі метраў.
Асноўная рэакцыя выглядае наступным чынам:
FePO₄ + Li₂CO₃ + C₆H₁₂O₆ → LiFePO₄/C + H₂O + CO₂
Высушаны распыленнем парашок змяшчаюць у тыглі і награваюць у печы ў атмасферы азоту пры тэмпературы ад 700 да 800°C на працягу некалькіх гадзін (звычайна ад 10 да 20 гадзін). Пасля астуджэння атрымліваюць прадукт. Да спякання парашок мае светла-жоўты колер, а пасля спякання ён становіцца чорным.
Звыштонкае шліфаванне і выдаленне жалеза
Пасля спякання прадукт фасфату літыя і жалеза неабходна дадаткова здрабніць, каб дасягнуць патрэбнага памеру часціц. Падчас вытворчага працэсу могуць трапляць прымешкі жалеза. Гэтыя прымешкі неабходна выдаліць.
Гэта можна зрабіць з дапамогай такога абсталявання, як рэактыўны млын (air jet mill) equipped with an iron-removal device. Jet mills can effectively reduce the particle size while simultaneously separating impurities. This ensures that the final lithium iron phosphate product has a high purity. After the iron removal, the product is packaged for shipment.
Заключэнне
Літый-жалезафасфат з'яўляецца асноўным катодным матэрыялам для літыевых акумулятараў. Ён пераважны дзякуючы нізкай кошту, высокай бяспецы і працягламу тэрміну службы. Гэтыя характарыстыкі робяць яго дамінуючым на рынку. Метад фасфатнага жалеза з'яўляецца асноўным спосабам вытворчасці літый-жалезафасфату. Нягледзячы на тое, што працэс адносна просты, якасць канчатковага прадукту моцна залежыць ад якасці папярэдніка фасфату жалеза.
Іншыя метады, такія як метад з аксалатным жалезам, паступова заваёўваюць долю рынку. Гэтыя метады дазваляюць атрымліваць матэрыялы з больш высокай шчыльнасцю пасля нарэзкі.
Epic Powder, a leading manufacturer of jet mills, provides advanced, efficient powder processing solutions for the lithium battery industry. Its state-of-the-art jet mill equipment excels in both particle size reduction and iron impurity removal. By utilizing Epic Powder’s jet mills, producers can ensure the highest quality lithium iron phosphate, enhancing the overall performance and longevity of lithium-ion batteries. As technology continues to advance, jet mills will play an increasingly important role in improving the efficiency and sustainability of lithium battery material production.
«Дзякуй за чытанне. Спадзяюся, мой артыкул будзе карысным. Калі ласка, пакіньце каментар ніжэй. Вы таксама можаце звязацца з прадстаўніком службы падтрымкі кліентаў Zelda онлайн, калі ў вас ёсць дадатковыя пытанні».
— Апублікавана Эмілі Чэн