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格瑞德曼：電池材料的樣品制備解決方案

格瑞德曼 2024-08-02 | 閱讀：1003

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,，電子設(shè)備的不斷普及，智能手機(jī),、筆記本電腦等應(yīng)用,，尤其是在全球新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的背景下，電池技術(shù)的進(jìn)步已然成為推動(dòng)行業(yè)前行的關(guān)鍵力量,，新能源汽車(chē)的普及對(duì)電池的需求提出了更高的要求,。制備出高性能的電池材料已成為各大院校,、各科研院以及知名車(chē)企的熱點(diǎn)研究方向,。

鋰離子電池，其構(gòu)造可分為正極材料,、負(fù)極材料,、電池隔膜,、電解液等幾部分。

正極材料：從正極材料上看,，新能源電池大致可分為磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池,、鈷酸鋰電池,、錳酸鋰電池。

正極材料的安全性,，能量密度和功率密度是當(dāng)前不同車(chē)型對(duì)鋰離子電池類(lèi)型取舍的基本依據(jù)。

鈷酸鋰電池：主要材料是鈷酸鋰,，由于鈷資源相對(duì)貧乏,，價(jià)格較高，對(duì)環(huán)境有毒,、安全性較差,、容量相對(duì)較低等缺點(diǎn)，大大限制了其廣泛的應(yīng)用和長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展,，因此,，這類(lèi)電池主要應(yīng)用于數(shù)碼電池中。

錳酸鋰電池：主要為尖晶石型錳酸鋰,。對(duì)比鈷酸鋰,，具有資源豐富，價(jià)格便宜,，對(duì)環(huán)境污染小等特點(diǎn),。但尖晶石結(jié)構(gòu)很難保持完整性，循環(huán)性差,，這類(lèi)電池多應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē),。

磷酸鐵鋰電池：主要為磷酸鐵鋰材料，原料豐富,，價(jià)格低廉,，對(duì)環(huán)境友好，循環(huán)性能非常好,，安全性能特別高等特點(diǎn)使其最先在電動(dòng)汽車(chē)上得到應(yīng)用,。但體積能量密度低，溫度適應(yīng)性差等缺點(diǎn),，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用,。

三元鋰電池：主要為鎳鈷錳或者鎳鈷鋁。最大的優(yōu)勢(shì)就是能量密度高,。它可以通過(guò)調(diào)整正極材料中鎳的占比,，來(lái)提高電池能量密度,。高能量密度同時(shí)也帶來(lái)了高風(fēng)險(xiǎn)，它的穩(wěn)定性相對(duì)較差,，發(fā)生燃燒事故的可能性也較高。

為了制備出高質(zhì)量的鋰電池材料,，不同的材料,，選擇合適的制備儀器和制備方法可以讓實(shí)驗(yàn)事半功倍,。根據(jù)我們以往服務(wù)過(guò)的部分客戶(hù)案例，結(jié)合實(shí)驗(yàn)應(yīng)用,，針對(duì)鋰電池樣品制備解決方案，格瑞德曼推出的如下選型可作為實(shí)驗(yàn)參考,。

案例一：

用戶(hù)：鋰辰科技

樣品：石墨

材料性質(zhì)：脆性

使用儀器：臼式研磨儀MG200

研磨套件材質(zhì)：瑪瑙材質(zhì)

制備要求：達(dá)到5微米

研磨時(shí)間：10分鐘

石墨是常見(jiàn)的一種電池負(fù)極材料，易研磨,，可選擇的制樣設(shè)備也較為廣泛,，考慮到效率和清潔，推薦使用臼式研磨儀MG200,。

臼式研磨儀MG200可以被稱(chēng)為是"手動(dòng)研缽的自動(dòng)化儀器",，操作簡(jiǎn)單、方便,。

1,、人性化設(shè)計(jì)、易清洗

2,、杵頭插拔式設(shè)計(jì),，方便拆卸

3、杵頭壓力可調(diào)節(jié)

4,、內(nèi)置觀察燈,，可隨時(shí)查看樣品的研磨狀況

5、程序設(shè)置完成后,，無(wú)需人員監(jiān)護(hù)

在電池材料類(lèi)樣品制備中,，固態(tài)電解質(zhì)是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池技術(shù)，相較于傳統(tǒng)的鋰離子電池,，它具有良好的機(jī)械變形能力,、高鋰離子電導(dǎo)率以及與高電壓正極材料的較強(qiáng)兼容性。在下面的案例中，我們分享的是行星式球磨儀在鋰電池材料的應(yīng)用,。

案例二：

用戶(hù)：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)

樣品：固態(tài)電解質(zhì)

樣品性質(zhì)：脆性

使用儀器：行星式球磨儀BM20

研磨罐：500毫升氧化鋯研磨罐

研磨球：15mm 氧化鋯研磨球

轉(zhuǎn)速：300rpm

研磨時(shí)間：15min

出樣尺寸：D90＜27微米

處理量：?jiǎn)未翁幚砹繛?00g左右

由于樣品的特性，水和法效果并不理想,，對(duì)于鹵化物一些樣品,，球磨后整體表現(xiàn)為非晶化，有助于離子傳導(dǎo),。用行星式球磨儀研磨后的樣品,，通過(guò)測(cè)試離子電導(dǎo)率和XRD，觀察其電化學(xué)性能和結(jié)構(gòu),，后續(xù)進(jìn)行組裝全電池的測(cè)試,。

行星式球磨儀BM20

除了可以制備固態(tài)電解質(zhì)材料外，行星式球磨儀亦可以針對(duì)磷酸鐵鋰電池材料進(jìn)行高效率的制備,，其研究方向主要是通過(guò)研究材料的納米化來(lái)提高磷酸鐵鋰電池的能量密度,，而納米化對(duì)環(huán)境要求比較高，因此在部分實(shí)驗(yàn)條件下,，實(shí)驗(yàn)人員通常要求在手套箱內(nèi)操作,。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，就需要選配帶有通氣蓋和緊固環(huán)的研磨罐,。

(行星式球磨儀BM40)

帶有通氣蓋和緊固環(huán)的研磨罐

在實(shí)際應(yīng)用中,，行星式球磨儀有多個(gè)選擇，可以選擇單平臺(tái)行星式球磨儀,、雙平臺(tái)行星式球磨儀以及四平臺(tái)行星式球磨儀,。與雙平臺(tái)行星式球磨儀BM20相比，行星式球磨儀BM40有4個(gè)研磨平臺(tái),，可同時(shí)研磨2份,、4份、或8份樣品,，能快速實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)的研磨細(xì)度,。之所以能受到眾多客戶(hù)的喜愛(ài)，得益于其實(shí)用,、安全,、便捷的優(yōu)異性能：

1、研磨室自動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng),，可用于研磨罐冷卻,；

2、可自動(dòng)反向轉(zhuǎn)動(dòng),；

3,、智能的安全門(mén)鎖，可保障儀器操作的安全性,；

4,、采用人體工程學(xué)設(shè)計(jì),，在操作上集舒適性和安全性于一體；

5,、人性化的程序設(shè)計(jì),，可以設(shè)定研磨的起始時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以自行運(yùn)轉(zhuǎn),，而無(wú)需人員監(jiān)護(hù),；

6、人性化的鎖緊裝置和開(kāi)罐工具,。

當(dāng)然,，除了傳統(tǒng)的行星式球磨儀,針對(duì)鋰電池材料、納米材料樣品制備,，格瑞德曼推出的小型高能行星式球磨儀NM200以及高能振動(dòng)球磨儀GT600Dual也是不錯(cuò)的選擇,。

和傳統(tǒng)的行星式球磨儀相比，小型高能行星式球磨儀NM200的轉(zhuǎn)速更高,，亦是材料類(lèi)樣品制備的“寵兒”,，在研磨罐的自動(dòng)識(shí)別、安裝,、取出和轉(zhuǎn)速性能上,，都是傳統(tǒng)型球磨儀無(wú)法達(dá)到的效果。

1,、研磨腔門(mén)可自動(dòng)關(guān)閉,；

2、超強(qiáng)離心加速度,，研磨轉(zhuǎn)速可達(dá)2200轉(zhuǎn),；

3、可識(shí)別研磨罐材質(zhì),；

4,、研磨罐RFID自動(dòng)識(shí)別和定位功能，確保儀器安全運(yùn)行,；

5,、可自動(dòng)安裝,、定位和鎖緊,，無(wú)需人工手動(dòng)操作；

6,、嵌入式研磨罐設(shè)計(jì),，操作簡(jiǎn)單方便。

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(小型高能行星式球磨儀NM200)

而高能振動(dòng)球磨儀GT600Dual，和傳統(tǒng)的行星式球磨儀相比,，工作原理有顯著不同,，它主要是通過(guò)研磨球高強(qiáng)度的撞擊下，將樣品粉碎以達(dá)到更好的研磨效果,，其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)性能也是當(dāng)下材料樣品制備的理想選擇,。

1、高達(dá)35Hz的強(qiáng)力粉碎,；

2、通用性強(qiáng),，可將樣品研磨至納米范圍,；

3、適用于高強(qiáng)度,、多頻次的使用,；

4,、緊固方便的研磨罐,；

5,、可干磨、濕磨,、冷凍研磨,。

(高能振動(dòng)球磨儀GT600Dual)

下面將要介紹的樣品是一種錳酸鋰電池，主要為尖晶石型錳酸鋰,。對(duì)比鈷酸鋰，具有資源豐富,，價(jià)格便宜,，對(duì)環(huán)境污染小等特點(diǎn),，但尖晶石結(jié)構(gòu)很難保持完整性,，循環(huán)性差，這類(lèi)電池多應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē),。此類(lèi)材料屬于中硬性的,，用戶(hù)需要D50達(dá)到3-15微米，且效率要求高,。

傳統(tǒng)的研磨方式,，顎式破碎儀和球磨儀的轉(zhuǎn)速偏低，因此嘗試使用高轉(zhuǎn)速的超離心研磨儀FM200。