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          石墨應用——世界粉體設備巨頭阿爾派各種產品方案

          2021-12-15  來自: 南陽市永奎機械有限公司 瀏覽次數:72

          石墨應用——世界粉體設備巨頭阿爾派各種產品方案用于二次電池的活性材料首先與粘合劑和/或溶液混合,然后施加到集電器的鋁箔(陰極)或銅箔(陽極)上。在干燥過程之后,材料被處理以增加堆積密度并最終成為電極。本篇將介紹負極活性物質(充電時吸收鋰離子,放電時放出電子的材料)特別是石墨材料的生產工藝。石墨材料可分為天然石墨和人工合成人造石墨兩大類。


          與人造石墨相比,天然石墨更便宜,石墨化程度更高。這使得天然石墨能夠儲存更多的鋰離子,從而有利于提高電池容量。然而,由于大多數天然石墨具有片狀結構和低體積密度,低電極密度特性使得實際增加電池容量變得困難。此外,天然石墨傾向于在集電器上變成平面結構,使其具有低潤濕性。如果天然石墨的這些缺點能夠得到解決,那么其與人造石墨相比原材料成本更低以及鋰離子電池容量可能增加的優點對汽車行業來說是有利的。


          為了解決這些問題,球化顆粒和表面處理可以分別提高電子密度和潤濕性。另一方面,制造人造石墨所需的大量生產能源使得這種材料非常昂貴。此外,石墨化率低于天然石墨。然而,人造石墨的優點是能夠控制成分(例如在顆粒內分散不同石墨化速率的區域)和顆粒形狀,并且由于其石墨化速率低而抑制電解液的分解。從這些特點來看,利用人造石墨可以增加電子密度,從而實現大容量電池。在人造石墨工藝中,在石墨化前后的加工階段需要高水平的粉體加工技術。為了提高活性材料的性能,控制顆粒表面結晶的工藝是必不可少的。由于石墨與水的潤濕性極差,因此使用有機溶劑來制備用于涂覆到集電器上的漿料。雖然可以選擇用水基溶劑代替液體,但混合過程很困難。因此,提高石墨顆粒的水潤濕性的工藝是常態。


          對于人造石墨生產,通常需要研磨過程來回收細顆粒。 在這種情況下,Rotoplex 或 Hammer Mill 將首先對材料進行粗磨,然后由 Mikro ACM 粉碎機(圖 2)和微米分離器組成的系統會將顆粒尺寸減小到平均幾十微米。


          用于增加電子密度的球化顆粒

          有兩種方法可以增加包裝比以提高電池容量。 通常用于天然石墨的一種方法是通過削去邊緣并對細顆粒進行分級來使顆粒球化。 另一種方法是用軟碳基材料如瀝青涂覆石墨顆粒的表面,然后使顆粒石墨化。 提到石墨球化工藝,一般指的是第一種方法。


          球化的刨花和細顆粒分離=增加堆積密度(通常用于天然石墨)

          天然石墨顆粒的表面由凹凸不平的凸塊構成。 去除這些凸起并使顆粒球化以增加填充率的單元稱為 Faculty(圖 3)。 該裝置由高速旋轉錘向分散室中的顆粒施加能量和螺旋流型分級機組成,用于去除細顆粒。 殼體壁有排料口,用于排出粗品。 細粒通過分級轉子,被袋式除塵器收集,而被錘子連續沖時間的粗粒從中心出口排出,作為產品收集。 Faculty-S 可將堆積密度為 0.5g/cc 的研磨石墨壓實至 1.0g/cc。



          球化和表面涂層=增加堆積密度(通常用于人造石墨和一段球化天然石墨)

          雖然可以球化人造石墨,但由于與天然石墨相比成本高,因此需要盡量減少精細材料的產生。根據這些限制,執行一個過程,在該過程中以機械方式施加壓縮力和剪切力。這種材料的球化是通過顆粒之間產生的剪切力或通過顆粒的塑性變形將超細石墨顆粒固化到顆粒表面來完成的。 Mechanofusion(圖 5)或 Nobilta(圖 6)用于此過程。在機械融合中,進入旋轉容器的原料通過離心力固定在容器的內壁上。然后,內件對顆粒持續施加強大的壓縮和剪切力。在循環式機械融合中,旋轉轉子的壁上有一個狹縫,物料通過該狹縫排出。一旦物料離開轉子的外部,循環葉片就會將物料推到轉子的上部,在那里它流回轉子的內部,并再次由內件施加力。在 Nobilta 的情況下,具有設計的轉子在水平設置的混合容器中以超過 30m/s 的圓周速度旋轉。該結構旨在將沖擊力、壓實力和剪切力均勻地施加到每個單獨的顆粒上。兩個裝置都具有集成的冷卻夾套,使它們能夠控制材料溫度的升高并將高水平的能量應用于熱敏材料。

           

          采用涂層工藝增強天然石墨和人造石墨。 已研磨的石墨顆粒具有更高的表面反應性。 為了控制反應性,將瀝青、其他碳或碳源等材料涂覆在表面上。 此過程使用 Mechanofusion 和/或 Nobilta。

          用于水性溶劑應用的親水化

          石墨具有親水特性,因此當涂覆到集電器上時,水不能用于生產漿料。 有機溶劑可用于生產漿液,但面臨著處理和收集的問題。 因此,基于水分散體的 SBR 材料經常用于石墨顆粒的親水化。 另一種親水化方法是改變石墨表面的化學狀態。 例如,通過使用機械能并使用 Nobilta 對石墨顆粒表面產生機械化學反應,它可以賦予親水特性。 在某些情況下,可以通過使用這些單元將具有親水性的納米顆粒(例如二氧化硅或二氧化鈦)涂覆到表面上來增加親水化。 親水化度分析可使用潤濕性分析裝置Peneto Analyzer 


          對于其他表面處理參考,這些單元可以將納米顆粒涂覆到石墨顆粒上以提高充電/放電容量和/或不可逆容量比,以及將基于 PVDF 的粘合劑顆粒應用于石墨顆粒以增加顆粒之間的粘合強度或 集電器,以保持依賴于放電速率的電容變化。

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