Application de la technologie des poudres au traitement des matériaux d'électrodes pour batteries lithium-ion

Les propriétés des poudres étant directement liées aux performances des batteries, la conception et le traitement des matériaux d'électrodes sont très importants. Cet article présente l'application de la technologie des poudres aux matériaux d'électrodes des batteries au lithium.

Matériau d'électrode et technologie des poudres

Contrôle de la taille des particules du matériau de l'électrode

La taille des particules du matériau d'électrode joue un rôle décisif dans les performances des batteries lithium-ion. En général, la taille des particules du matériau d'électrode affecte directement la préparation de la boue de la batterie et de la pièce polaire. La boue avec des particules de grande taille a une faible viscosité et une bonne fluidité, peut utiliser moins de solvant et a une teneur élevée en matières solides. Lorsque la taille des particules de la poudre est réduite, la densité et la capacité de compactage peuvent être améliorées dans une certaine mesure.

La taille des particules du matériau d'électrode est généralement testée à l'aide d'un analyseur laser de la taille des particules, et le diamètre équivalent D50 de la plus grosse particule de la courbe de distribution de la taille des particules lorsque la distribution cumulative est de 50% est considéré comme la taille moyenne des particules du matériau d'électrode. Si l'on prend l'exemple du matériau de la cathode, la taille et la distribution des particules du matériau de la cathode sont étroitement liées aux processus de préparation, de frittage et de broyage du précurseur.

Par exemple, le cobaltate de lithium est généralement préparé à partir de tétroxyde de tricobalt et de carbonate de lithium comme matières premières, et ses caractéristiques de frittage sont très bonnes, de sorte que les exigences en matière de matières premières sont relativement faibles. L'oxyde de manganèse lithié utilise principalement la même matière première que la batterie alcaline au manganèse : le dioxyde de manganèse électrolytique (EMD). Son processus de production consiste à déposer un morceau entier de plaque de MnO2 par électrolyse, puis à l'obtenir par pelage et broyage.

En général, la matière première contient de grandes particules irrégulières, de sorte que le précurseur sphérique de la source de manganèse est utilisé pour contrôler la distribution de la taille des particules. Lorsque des matériaux tels que l'oxyde de lithium nickel cobalt, l'oxyde de lithium nickel cobalt manganèse et l'aluminate de lithium nickel cobalt sont industrialisés, la co-précipitation chimique est généralement utilisée pour obtenir un mélange au niveau atomique d'éléments tels que le Ni, le Co, le Mn et l'Al. Et pour obtenir une densité élevée en contrôlant la cristallisation, il s'agit de la catégorie technique du contrôle du processus de la taille des particules de poudre.

Contrôler la surface spécifique du matériau de l'électrode

En général, lorsque la surface spécifique du matériau d'électrode est grande, la caractéristique de taux de la batterie est meilleure. Cependant, il est généralement plus susceptible de réagir avec le matériau électrolytique, ce qui détériore le cycle et le stockage, et sa surface spécifique est étroitement liée à la taille et à la distribution des particules, à la porosité de la surface, à l'enrobage de la surface, etc. Dans le système d'oxyde de lithium et de cobalt, la surface spécifique correspondant au matériau d'électrode à faible taux de particules est la plus grande.

En raison de la faible conductivité du phosphate de fer lithié, les particules sont conçues sous la forme de nano-agrégats et la surface est recouverte de carbone amorphe, ce qui permet d'obtenir la surface spécifique du matériau d'électrode la plus élevée parmi tous les matériaux de cathode. Comparés aux matériaux à base de cobalt, les matériaux à base de manganèse sont intrinsèquement difficiles à fritter et leur surface spécifique est généralement plus grande.

Comment contrôler la surface spécifique qui répond aux besoins de la batterie en fonction des caractéristiques de performance du matériau, c'est aussi l'application de la recherche sur la technologie des poudres dans la préparation du matériau d'électrode.

Contrôle de la morphologie des particules du matériau d'électrode

La sphéroïdisation du graphite naturel est une application typique de l'amélioration des performances des matériaux d'électrodes par la morphologie des particules. À l'heure actuelle, l'application des batteries lithium-ion fabricants de matériaux d'anode se développe progressivement dans le sens d'un faible coût, de sorte que la recherche globale sur le graphite naturel est très importante. Bien que le graphite naturel présente les avantages d'une grande capacité spécifique et d'une tension de décharge stable en tant qu'anode, il présente également des inconvénients évidents :

● Au cours du processus de charge, les molécules de solvant coagulent la feuille de graphite avec les ions lithium et provoquent le décollement de la couche de graphite, ce qui endommage la structure et entraîne une détérioration rapide de la performance du cycle de l'électrode ;

● En même temps, le graphite naturel ordinaire s'écaille en raison de la structure en couches développée, et il est facile de le disposer parallèlement à la pièce polaire lors du remplissage, ce qui allonge la distance de diffusion des ions lithium, augmente la résistance à la diffusion des ions lithium et réduit les performances de charge et de décharge.

Lorsque les particules de graphite naturel sont sphéroïdisées, les couches de particules de graphite sont disposées et distribuées dans toutes les directions, et il y aura une orientation préférentielle plus petite et une distribution plus uniforme. Les ions lithium ont un chemin de diffusion plus court, ce qui améliore l'efficacité de la décharge.

De même, d'autres types de matériaux peuvent également être modifiés par une sphéroïdisation appropriée. En même temps, le traitement de sphéroïdisation peut améliorer le remplissage et la distribution uniforme du matériau en poudre, ainsi que la densité d'énergie volumique et la performance du cycle de la batterie au lithium-ion.

Modification de la surface par revêtement d'autres matériaux en poudre

Les matériaux ternaires nickel-cobalt-manganèse sont actuellement les matériaux de cathode les plus utilisés pour les batteries d'énergie. Avec la demande croissante de densité énergétique élevée, des problèmes tels que la faible stabilité structurelle et la sensibilité à l'humidité après la nickelisation poussée posent des défis aux applications pratiques. Le revêtement de surface est souvent utilisé dans les Top 100 du lithium l'industrie pour réglementer les performances des matériaux.

Le revêtement de surface peut stabiliser efficacement la structure des matériaux à haute teneur en nickel. La technologie du revêtement de surface réduit la zone de contact entre le matériau d'électrode et l'électrolyte, réduisant ainsi la réaction secondaire des impuretés à la surface du matériau et de l'électrolyte, améliorant la conductivité électronique de la surface du matériau de cathode ternaire et améliorant la stabilité du cycle du matériau. Les matériaux de revêtement de surface courants comprennent les oxydes métalliques, les phosphates et d'autres matériaux d'électrode stables, etc.

Mélange et dispersion de divers matériaux en poudre

Lors de la production d'électrodes de batteries lithium-ion, divers composants tels que des matières actives, des liants, des solvants et des additifs doivent être ajoutés et remués pour former une boue. Par conséquent, la dispersion des particules et l'uniformité de la composition deviennent très importantes. Le matériau de l'électrode subit des changements très complexes au cours du processus d'agitation, en plus des effets physiques importants, il y a également certains effets chimiques.

Même si l'homogénéité est atteinte au niveau macroscopique, il reste des agglomérats de particules de matériau au niveau microscopique. Par conséquent, l'agitation du matériau d'électrode n'est pas seulement macroscopiquement homogène, mais plus important encore, elle est relativement homogène au niveau microscopique. Plus le mélange est uniforme, plus il permet d'améliorer les performances de la batterie.

En outre, le mélange uniforme de deux ou plusieurs matériaux d'électrode peut également améliorer les performances de la batterie ou permettre une certaine optimisation des coûts. Avec la mise à jour et l'amélioration continues de la technologie des batteries, les équipements de production tels que le système d'homogénéisation des batteries au lithium et le transport des poudres font également l'objet d'innovations et de modifications constantes.

De nombreux fournisseurs d'équipements pour batteries au lithium ont étudié en profondeur le mécanisme de mélange et de dispersion afin de parvenir à une meilleure intégration de la chaîne de production, à une plus grande efficacité, à une plus faible consommation d'énergie et à une construction plus intelligente de la chaîne de production. Ces éléments constituent la base de l'amélioration du processus et de la fabrication de produits de meilleure qualité, ainsi que l'incarnation de l'industrialisation de la technologie des poudres.

Conclusion

La technologie des poudres trouve de nombreuses applications dans le traitement des matériaux d'électrodes des batteries au lithium et même dans le processus de fabrication des batteries. La technologie de traitement des poudres est devenue une technologie clé dans le processus de préparation, de post-traitement et de production d'électrodes pour les produits de batteries au lithium tels que batterie de motoet joue un rôle important dans l'amélioration des performances des batteries lithium-ion. et joue un rôle important dans l'amélioration des performances des batteries lithium-ion. Il vaut la peine d'en discuter du point de vue de la technologie des poudres.

L'industrie des poudres couvre une variété d'industries, et ses principes d'équipement et de processus sont souvent interconnectés. Une nouvelle compréhension des matériaux d'électrodes pour batteries au lithium du point de vue des poudres permettra d'intégrer les points clés de la préparation des matériaux et de la technologie d'application, afin de trouver de nouveaux points d'innovation et de promouvoir davantage le développement de l'industrie des batteries au lithium.