Bahan katod, salah satu daripada empat bahan utama dalam bateri litium (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.
Proses pengeluaran litium besi fosfat terutamanya merangkumi dua kaedah: kaedah fasa pepejal dan kaedah fasa cecair. Kaedah fasa pepejal mempunyai pelbagai pendekatan, seperti kaedah besi fosfat, kaedah besi, kaedah besi merah, dan kaedah besi oksalat. Setiap satu mempunyai kelebihan dan kekurangannya sendiri. Kaedah fasa cecair, terutamanya diwakili oleh kaedah fasa cecair penyejatan sendiri yang dibangunkan oleh Defang Nano, mempunyai halangan teknologi yang tinggi. Artikel ini akan menerangkan kaedah besi fosfat arus perdana sebagai contoh.
Mencampur dan Mengisar
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.
Bahan tambahan seperti grafit konduktif, nanotube karbon atau oksida logam meningkatkan kekonduksian, prestasi suhu tinggi/rendah dan kestabilan kitaran produk akhir.
Pengeringan Sembur
Dalam langkah ini, pelarut dalam buburan campuran daripada proses pengisaran akan dikeluarkan. Ini akan mengubah buburan tersebut menjadi serbuk kering untuk proses pensinteran seterusnya. Peralatan yang digunakan ialah pengering semburan.
Bubur diatomkan menjadi titisan kecil oleh muncung emparan. Titisan ini kemudiannya bersentuhan dengan udara yang dipanaskan. Ini menyejatkan pelarut, meninggalkan zarah serbuk pepejal. Zarah-zarah ini kemudiannya dikumpulkan oleh pemisah siklon. Proses pengeringan semburan menukarkan buburan menjadi serbuk kering, yang sedia untuk disinter.
Sintering
Campuran serbuk menjalani tindak balas suhu tinggi dalam relau yang dilindungi nitrogen, yang merupakan langkah utama dalam proses tersebut. Suhu dan tempoh proses pensinteran secara langsung mempengaruhi prestasi produk akhir. Peralatan yang digunakan biasanya ialah tanur penggelek, yang boleh merentangi beberapa meter panjang.
Reaksi utama adalah seperti berikut:
FePO₄ + Li₂CO₃ + C₆H₁₂O₆ → LiFePO₄/C + H₂O + CO₂
Serbuk kering semburan diletakkan ke dalam mangkuk pijar dan dipanaskan di dalam relau di bawah atmosfera nitrogen pada suhu antara 700–800°C selama beberapa jam (biasanya antara 10 hingga 20 jam). Selepas penyejukan, produk diperoleh. Sebelum pensinteran, serbuk berwarna kuning muda, dan selepas pensinteran, ia menjadi serbuk hitam.
Pengisaran Superhalus dan Penyingkiran Besi
Selepas pensinteran, produk litium besi fosfat perlu dihancurkan lagi untuk mencapai saiz zarah yang diingini. Semasa proses pengeluaran, bendasing besi mungkin diperkenalkan. Bendasing ini memerlukan penyingkiran.
Ini boleh dilakukan dengan menggunakan peralatan seperti kilang jet (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.
Kesimpulan
Fosfat besi litium merupakan bahan katod utama untuk bateri litium. Ia digemari kerana kosnya yang rendah, keselamatan yang tinggi, dan jangka hayat kitaran yang panjang. Ciri-ciri ini menjadikannya dominan di pasaran. Kaedah besi fosfat merupakan laluan pengeluaran utama untuk fosfat besi litium. Walaupun prosesnya agak mudah, kualiti produk akhir sangat bergantung pada kualiti prekursor besi fosfat.
Kaedah lain, seperti kaedah besi oksalat, secara beransur-ansur mendapat bahagian pasaran. Kaedah ini menghasilkan bahan dengan ketumpatan paip yang lebih tinggi.
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.
"Terima kasih kerana membaca. Saya harap artikel saya membantu. Sila tinggalkan komen di bawah. Anda juga boleh menghubungi wakil pelanggan dalam talian Zelda untuk sebarang pertanyaan lanjut."
- Dihantar oleh Emily Chen