Kathodematerialen, een van de vier belangrijkste materialen in lithiumbatterijen (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.
Het productieproces van lithiumijzerfosfaat omvat hoofdzakelijk twee methoden: de vaste-fasemethode en de vloeibare-fasemethode. De vaste-fasemethode kent verschillende benaderingen, zoals de fosfaatijzermethode, de ijzermethode, de ijzerroodmethode en de oxalaatijzermethode. Elk heeft zijn eigen voor- en nadelen. De vloeibare-fasemethode, voornamelijk vertegenwoordigd door de zelfverdampende vloeibare-fasemethode ontwikkeld door Defang Nano, kent een hoge technologische drempel. In dit artikel wordt de gangbare fosfaatijzermethode als voorbeeld toegelicht.
Mengen en malen
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.
Toevoegingen zoals geleidend grafiet, koolstofnanobuisjes of metaaloxiden verbeteren de geleidbaarheid, de prestaties bij hoge en lage temperaturen en de cyclusstabiliteit van het eindproduct.
Sproeidrogen
In deze stap wordt het oplosmiddel uit de gemengde slurry van het maalproces verwijderd. Hierdoor wordt de slurry omgezet in droog poeder voor het daaropvolgende sinterproces. Hiervoor wordt een sproeidroger gebruikt.
De suspensie wordt door een centrifugaalmondstuk verneveld tot kleine druppeltjes. Deze druppeltjes komen vervolgens in contact met verwarmde lucht. Hierdoor verdampt het oplosmiddel, waardoor vaste poederdeeltjes achterblijven. Deze deeltjes worden vervolgens opgevangen door een cycloonafscheider. Het sproeidroogproces zet de suspensie om in droog poeder, dat klaar is voor het sinteren.
Sinteren
Het poedermengsel ondergaat een reactie bij hoge temperatuur in een stikstofbeschermde oven, wat de cruciale stap in het proces is. De temperatuur en de duur van het sinterproces hebben een directe invloed op de eigenschappen van het eindproduct. De gebruikte apparatuur is doorgaans een rollenoven, die enkele meters lang kan zijn.
De belangrijkste reactie is als volgt:
FePO₄ + Li₂CO₃ + C₆H₁₂O₆ → LiFePO₄/C + H₂O + CO₂
Het sproeidroogde poeder wordt in smeltkroezen geplaatst en in een oven onder een stikstofatmosfeer verhit bij temperaturen tussen 700 en 800 °C gedurende enkele uren (meestal tussen de 10 en 20 uur). Na afkoeling wordt het product verkregen. Vóór het sinteren heeft het poeder een lichtgele kleur, na het sinteren wordt het zwart.
Superfijn malen en ijzerverwijdering
Na het sinteren moet het lithiumijzerfosfaatproduct verder worden vermalen om de gewenste deeltjesgrootte te verkrijgen. Tijdens het productieproces kunnen ijzerverontreinigingen ontstaan. Deze verontreinigingen moeten worden verwijderd.
Dit kan gedaan worden door gebruik te maken van apparatuur zoals een straal molen (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.
Conclusie
Lithiumijzerfosfaat is het belangrijkste kathodemateriaal voor lithiumbatterijen. Het heeft de voorkeur vanwege de lage kosten, hoge veiligheid en lange levensduur. Deze eigenschappen maken het dominant op de markt. De fosfaatmethode is de belangrijkste productieroute voor lithiumijzerfosfaat. Hoewel het proces relatief eenvoudig is, hangt de kwaliteit van het eindproduct sterk af van de kwaliteit van de ijzerfosfaatvoorloper.
Andere methoden, zoals de oxalaatijzermethode, winnen geleidelijk aan marktaandeel. Deze methoden produceren materialen met een hogere stortdichtheid.
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.
Bedankt voor het lezen. Ik hoop dat mijn artikel je helpt. Laat hieronder een reactie achter. Je kunt ook contact opnemen met de klantenservice van Zelda Online voor verdere vragen.
— Geplaatst door Emily Chen