前言:
在锂离子电池中,充电和放电通过锂离子在阴极和阳极之间的移动而发生。吸收和放出锂离子的物质称为活性物质。在本文中将描述用于这些正极活性材料生产的方法。生产过程分为两个独立的程序。第一个是取自称为前体的材料的活性材料之间的化学键合过程;第二个过程是调整合成的活性材料并涂覆到电极集流体上。
首先,将解释钴基和锰基阴极材料前体背后的技术。虽然领先的钴基材料是钴酸锂LiCoO2LCO,但还有其他被称为三元系统的钴基材料,例如Li(NiaMnbCo1-ab)NMC和Li(NiaCobAl1-ab)O2NCA,以及四元系统一种由复杂化学成分组成的活性物质。这些材料用于各自的领域,以最好地利用它们的特性。对于锰基材料,可以命名为LiMn2O4和Li2MnO3等材料。
钴基前体包括氧化钴、氢氧化钴、羟基氢氧化钴、碳酸钴,以及碳酸锂、氢氧化锂和氧化锰。锰基前体包括氧化锰和碳酸锂。活性材料通常通过固相法生产。
下面将介绍合成反应炉前前驱体生产过程中使用的干磨、精密混合和干燥技术。
固相法包括将多种固体原料混合在一起和煅烧过程。为了有效地进行固相程序,最大限度地减少未反应材料的数量和控制煅烧温度是必不可少的。这是通过对原材料进行精细研磨和精密混合来实现的,这使得粉末加工技术成为生产过程的一个重要方面。
图1流化床气流磨/1AFG细颗粒生产原料
混合固态材料是通过使用原料颗粒进行的。单个颗粒尺寸越大——煅烧过程所需的时间越长。此外,要发生反应,需要两种以上的不同材料相互接触。粒径越大,产品中出现未反应物质的可能性越大。由于每种原材料具有不同的比重,因此容易变得不均匀。较大的颗粒更容易出现此问题,由于颗粒之间的接触面积减少,反应性也会下降。为了解决这个问题,需要对原材料进行细颗粒生产,重点放在最小化金属污染量上。该过程可以使用分级机集成ACM粉碎机、流化床气流磨AFG和螺旋气流磨进行。在最近的趋势中,分级集成靶式气流粉碎机也被用于生产更精细和更清晰的颗粒分布。
图2螺旋气流粉碎机AS用于固态反应的精密混合
为了通过煅烧加速合成反应,单独的前体材料需要相互接触。然而,从2-1中描述的细颗粒生产中,材料的粘附性和内聚性增加,使得不同的前体材料难以接触。为了解决这个问题,一个能够通过冲击和剪切力为骨料提供足够能量的搅拌机是必不可少的。对于这个过程,Hosokawa可以为这个过程提供Cyclomix和Nobilta,分别利用冲击和剪切强度,以及压缩剪切力。
图3CyclomixCLX-50图4前驱体工艺流程干燥过程
一些钴基材料使用湿法合成,然后煅烧以生产前体。在煅烧过程之前,需要分离和清洁粉末和溶剂。由于原料的浆状形式具有高粘度且其干燥形式具有高粘附性和内聚性,因此使用标准闪蒸干燥器进行连续操作极其困难,因为相对容易发生堵塞。另一个重要方面是防止聚集体的重新形成,例如可以使用介质混合型干燥机Xerbis等设备,它具有零金属污染,混合型真空干燥机可以使用。
图5XerbisXB