Vật liệu catốt, một trong bốn nguyên liệu chính trong pin lithium (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.
Quy trình sản xuất lithium sắt photphat chủ yếu bao gồm hai phương pháp: phương pháp pha rắn và phương pháp pha lỏng. Phương pháp pha rắn có nhiều cách tiếp cận khác nhau, chẳng hạn như phương pháp sắt photphat, phương pháp sắt, phương pháp sắt đỏ và phương pháp sắt oxalat. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp pha lỏng, chủ yếu được đại diện bởi phương pháp pha lỏng tự bay hơi do Defang Nano phát triển, có rào cản công nghệ cao. Bài viết này sẽ giải thích phương pháp sắt photphat phổ biến làm ví dụ.
Trộn và nghiền
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.
Các chất phụ gia như than chì dẫn điện, ống nano carbon hoặc oxit kim loại giúp cải thiện độ dẫn điện, hiệu suất ở nhiệt độ cao/thấp và độ ổn định chu kỳ của sản phẩm cuối cùng.
Sấy phun
Ở bước này, dung môi trong hỗn hợp dạng sệt thu được từ quá trình nghiền sẽ được loại bỏ. Điều này biến hỗn hợp dạng sệt thành bột khô cho quá trình thiêu kết tiếp theo. Thiết bị được sử dụng là máy sấy phun.
Hỗn hợp dạng sệt được phun thành các giọt nhỏ bằng vòi phun ly tâm. Sau đó, các giọt này tiếp xúc với không khí được làm nóng. Quá trình này làm bay hơi dung môi, để lại các hạt bột rắn. Các hạt này sau đó được thu gom bằng bộ tách lốc xoáy. Quá trình sấy phun biến hỗn hợp dạng sệt thành bột khô, sẵn sàng cho quá trình thiêu kết.
Thiêu kết
Hỗn hợp bột trải qua phản ứng ở nhiệt độ cao trong lò nung được bảo vệ bằng khí nitơ, đây là bước quan trọng trong quy trình. Nhiệt độ và thời gian của quá trình thiêu kết ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của sản phẩm cuối cùng. Thiết bị được sử dụng thường là lò nung trục lăn, có thể dài vài mét.
Phản ứng chính diễn ra như sau:
FePO₄ + Li₂CO₃ + C₆H₁₂O₆ → LiFePO₄/C + H₂O + CO₂
Bột sấy phun được cho vào chén nung và nung trong lò dưới môi trường khí nitơ ở nhiệt độ từ 700–800°C trong vài giờ (thường từ 10 đến 20 giờ). Sau khi làm nguội, sản phẩm thu được. Trước khi thiêu kết, bột có màu vàng nhạt, và sau khi thiêu kết, nó trở thành bột màu đen.
Nghiền siêu mịn và Loại bỏ Sắt
Sau quá trình thiêu kết, sản phẩm lithi sắt photphat cần được nghiền nhỏ hơn nữa để đạt được kích thước hạt mong muốn. Trong quá trình sản xuất, có thể xuất hiện tạp chất sắt. Những tạp chất này cần được loại bỏ.
Việc này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các thiết bị như... máy nghiền phản lực (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.
Phần kết luận
Lithium sắt photphat là vật liệu catốt chính cho pin lithium. Nó được ưa chuộng do chi phí thấp, độ an toàn cao và tuổi thọ chu kỳ dài. Những đặc điểm này giúp nó chiếm ưu thế trên thị trường. Phương pháp photphat sắt là con đường sản xuất chính cho lithium sắt photphat. Mặc dù quy trình tương đối đơn giản, chất lượng của sản phẩm cuối cùng phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của tiền chất photphat sắt.
Các phương pháp khác, chẳng hạn như phương pháp sắt oxalat, đang dần chiếm thị phần. Những phương pháp này tạo ra vật liệu có mật độ nén cao hơn.
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.
Cảm ơn bạn đã đọc. Tôi hy vọng bài viết của tôi hữu ích. Vui lòng để lại bình luận bên dưới. Bạn cũng có thể liên hệ với bộ phận chăm sóc khách hàng trực tuyến của Zelda nếu có bất kỳ thắc mắc nào khác.
— Đăng bởi Emily Chen