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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：686

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)前不同車型對(duì)鋰離子電池類型取舍的基本依據(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，這類電池多應(yīng)用于電動(dòng)自行車。

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。它可以通過調(diào)整正極材料中鎳的占比，來提高電池能量密度。高能量密度同時(shí)也帶來了高風(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)過的部分客戶案例，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：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，無需人員監(jiān)護(hù)

在電池材料類樣品制備中，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：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研究材料的納米化來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的喜愛，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)過程中可以自行運(yùn)轉(zhuǎn)，而無需人員監(jiān)護(hù)；

6、人性化的鎖緊裝置和開罐工具。

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)型球磨儀無法達(dá)到的效果。

1、研磨腔門可自動(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，這類電池多應(yīng)用于電動(dòng)自行車。此類材料屬于中硬性的，用戶需要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。