Aplicación de la tecnología de polvos en el procesamiento de materiales para electrodos de baterías de iones de litio

Las propiedades del polvo están directamente relacionadas con el rendimiento de la batería, por lo que el diseño y el procesamiento del material del electrodo son muy importantes. En este artículo se presenta la aplicación de la tecnología de polvos en el material de electrodos de baterías de litio.

Material del electrodo y tecnología del polvo

Control del tamaño de las partículas del material del electrodo

El tamaño de las partículas del material del electrodo desempeña un papel decisivo en el rendimiento de las baterías de iones de litio. En general, el tamaño de las partículas del material del electrodo afectará directamente a la preparación de la pasta de la batería y a la pieza del polo. La lechada con gran tamaño de partícula tiene baja viscosidad y buena fluidez, puede utilizar menos disolvente y tiene un alto contenido en sólidos. Cuando se reduce el tamaño de las partículas del polvo, se puede mejorar en cierta medida la densidad de compactación y la capacidad.

El tamaño de las partículas del material del electrodo suele comprobarse con un analizador láser de tamaño de partículas, y el diámetro equivalente D50 de la partícula más grande en la curva de distribución del tamaño de las partículas cuando la distribución acumulativa es 50% se considera el tamaño medio de las partículas del material del electrodo. Tomando como ejemplo el material de cátodo, el tamaño de partícula y la distribución del material de cátodo están estrechamente relacionados con los procesos de preparación, sinterización y trituración del precursor.

Por ejemplo, el cobalato de litio se prepara generalmente a partir de tetróxido de tricobalto y carbonato de litio como materias primas, y sus características de sinterización son muy buenas, por lo que los requisitos de materias primas son relativamente bajos. El óxido de manganeso de litio utiliza principalmente la misma materia prima que la pila alcalina de manganeso: el dióxido de manganeso electrolítico (EMD). Su proceso de producción consiste en depositar una pieza entera de placa de MnO2 mediante un proceso de electrólisis, y luego obtenerla por pelado y trituración.

Normalmente, hay partículas irregulares grandes en la propia materia prima, por lo que se utiliza el precursor de fuente de manganeso esférico para controlar la distribución del tamaño de las partículas. Cuando se industrializan materiales como el óxido de litio-níquel-cobalto, el óxido de litio-níquel-cobalto-manganeso y el aluminato de litio-níquel-cobalto, suele utilizarse la coprecipitación química para lograr la mezcla a nivel atómico de elementos como Ni, Co, Mn y Al. Y lograr una alta densidad mediante el control de la cristalización, estas son la categoría técnica de control de proceso de tamaño de partícula de polvo.

Controlar la superficie específica del material del electrodo

Generalmente, cuando la superficie específica del material del electrodo es grande, la característica de velocidad de la batería es mejor. Sin embargo, suele ser más probable que reaccione con el material electrolítico, empeorando el ciclo y el almacenamiento, y su área superficial específica está estrechamente relacionada con el tamaño y la distribución de las partículas, la porosidad de la superficie, el revestimiento de la superficie, etc. En el sistema de óxido de litio y cobalto, la superficie específica correspondiente al producto de material de electrodo de tasa de partículas pequeña es la mayor.

Debido a la escasa conductividad del fosfato de hierro y litio, las partículas se diseñan en forma de nanoagregados, y la superficie se recubre con carbono amorfo, lo que da lugar a la mayor superficie específica del material de electrodo entre todos los materiales de cátodo. En comparación con los materiales a base de cobalto, los materiales a base de manganeso son intrínsecamente difíciles de sinterizar, y su superficie específica suele ser mayor.

Cómo controlar la superficie específica que satisface las necesidades de la batería en función de las características de rendimiento del material es también la aplicación de la investigación en tecnología de polvos en la preparación del material del electrodo.

Control de la morfología de las partículas del material del electrodo

Una aplicación típica de la mejora del rendimiento del material del electrodo mediante la morfología de las partículas es la esferoidización del grafito natural. En la actualidad, la aplicación de la batería de iones de litio fabricantes de material para ánodos se desarrolla gradualmente en la dirección del bajo coste, por lo que la investigación global sobre el grafito natural es muy importante. Aunque el grafito natural tiene las ventajas de una gran capacidad específica y una tensión de descarga estable como ánodo, también presenta desventajas evidentes:

● Durante el proceso de carga, las moléculas de disolvente coincrustarán la lámina de grafito con los iones de litio y provocarán el "desprendimiento" de la capa de grafito, con el consiguiente daño estructural y el rápido deterioro del rendimiento del ciclo del electrodo;

● Al mismo tiempo, el grafito natural ordinario es escamoso debido a la estructura en capas desarrollada, y es fácil que se disponga en paralelo a la pieza polar cuando se rellena, lo que hace que la distancia de difusión de los iones de litio sea mayor, aumenta la resistencia a la difusión de los iones de litio y reduce el rendimiento de carga y descarga.

Cuando las partículas de grafito natural se esferoidizan, las capas de partículas de grafito se disponen y distribuyen en todas las direcciones, y habrá una menor orientación preferente y una distribución más uniforme. Los iones de litio tienen un camino de difusión más corto, lo que mejora la eficiencia de la descarga.

Del mismo modo, otros tipos de material también pueden modificarse y modificarse mediante una esferoidización adecuada. Al mismo tiempo, el tratamiento de esferoidización puede hacer que el material en polvo tenga un mejor relleno y una distribución uniforme, y mejorar aún más la densidad de energía en volumen y el rendimiento del ciclo de la batería de iones de litio.

Modificación de la superficie mediante el recubrimiento de otros materiales en polvo

Los materiales ternarios de níquel, cobalto y manganeso son actualmente los más utilizados como cátodos para las baterías eléctricas. Con la creciente demanda de alta densidad energética, problemas como la escasa estabilidad estructural y la sensibilidad a la humedad tras la alta niquelización plantean retos para las aplicaciones prácticas. El recubrimiento de la superficie se utiliza a menudo en la litio top 100 industria para regular el rendimiento de los materiales.

El recubrimiento superficial puede estabilizar eficazmente la estructura de los materiales con alto contenido en níquel. La tecnología de recubrimiento superficial reduce el área de contacto entre el material del electrodo y el electrolito, reduciendo así la reacción lateral de las impurezas en la superficie del material y el electrolito, mejorando la conductividad electrónica de la superficie del material del cátodo ternario y mejorando la estabilidad del ciclo del material. Entre los materiales de recubrimiento superficial más comunes se encuentran los óxidos metálicos, los fosfatos y otros materiales de electrodo estables, etc., que son los materiales de recubrimiento utilizados actualmente.

Mezcla y dispersión de diversos materiales en polvo

En la producción de electrodos para baterías de iones de litio, es necesario añadir y agitar diversos componentes, como materiales activos, aglutinantes, disolventes y aditivos, para formar una pasta. Por lo tanto, la dispersión de las partículas y la uniformidad de la composición adquieren gran importancia. El material del electrodo presenta cambios muy complicados en el proceso de agitación real, además de fuertes efectos físicos, también hay ciertos efectos químicos.

Aunque se consiga la homogeneidad macroscópicamente, sigue habiendo algunos aglomerados de partículas de material bajo el microscopio. Por lo tanto, la agitación del material del electrodo no sólo es homogénea macroscópicamente, sino, lo que es más importante, relativamente homogénea microscópicamente. Cuanto más uniforme sea la mezcla, más beneficioso será para mejorar el rendimiento de la batería.

Además, la mezcla uniforme de dos o más materiales de electrodo también puede mejorar el rendimiento de la batería, o lograr una cierta optimización de costes. Con la continua actualización y mejora de la tecnología de las baterías, los equipos de producción, como el sistema de homogeneización de baterías de litio y el transporte de polvo, también se innovan y modifican constantemente.

Muchos proveedores de equipos para baterías de litio han estudiado a fondo el mecanismo de mezcla y dispersión para lograr una mayor integración de la línea de producción, una mayor eficiencia, un menor consumo de energía y una construcción más inteligente de la línea de producción. Estas son las bases para mejorar el proceso y hacer realidad la fabricación de productos de mayor calidad, y son también la plasmación de la industrialización de la tecnología del polvo.

Conclusión

Existen muchas aplicaciones de la tecnología del polvo en el procesamiento de materiales para electrodos de baterías de litio e incluso en el proceso de fabricación de baterías. La tecnología de procesado de polvo se ha convertido en una tecnología clave en el proceso de preparación, postprocesado y producción de electrodos de productos de baterías de litio como batería de motoy desempeña un papel importante en la mejora del rendimiento de las baterías de iones de litio. Merece la pena analizarlo desde la perspectiva de la tecnología del polvo.

La industria del polvo abarca una gran variedad de sectores, y sus equipos y principios de proceso suelen estar interconectados. Una nueva comprensión de los materiales para electrodos de baterías de litio desde la perspectiva del polvo ayudará a integrar los puntos clave de la preparación de materiales y la tecnología de aplicación, con el fin de encontrar nuevos puntos de innovación y seguir promoviendo el desarrollo de la industria de las baterías de litio.