Bij de productie van lithium-ionbatterijen is de fijnheid van de slurry (met name de elektrodeslurry) een belangrijke parameter die de prestaties van de elektroden (zoals capaciteit, snelheid, levensduur, veiligheid) en processtabiliteit beïnvloedt. Verschillende batterijtypen stellen aanzienlijk verschillende eisen aan de fijnheid van de slurry (meestal gemeten met indicatoren voor de deeltjesgrootteverdeling zoals D50, D90, Dmax), vanwege de intrinsieke eigenschappen van hun positieve/negatieve elektrode-actieve materialen (zoals kristalstructuur, ionische/elektronische geleidbaarheid, specifiek oppervlak, mechanische sterkte, reactiviteit) en verschillende eisen aan de microstructuur van de elektroden.
Hieronder volgt een gedetailleerde analyse van de eisen aan de fijnheid van slurry voor de belangrijkste batterijtypen:
I. Lithium-kobaltoxide (LCO) batterijen
1. Materiaaleigenschappen:
Gelaagde structuur (R-3m), hoge theoretische capaciteit (~274 mAh/g), hoge verdichtingsdichtheid, maar relatief slechte structurele stabiliteit (vooral bij hoge spanningen), gemiddelde cycluslevensduur en thermische stabiliteit, hoge kosten.
2. Fijnheidseisen):
Een hoge fijnheid is vereist. Doorgaans is een D50-waarde in het bereik van 5-8 μm, D90 < 15 μm en een maximale deeltjesgrootte van Dmax < 20-25 μm vereist.
3. Redenen:
II. Lithium-ijzerfosfaat (LFP)-batterijen
1. Materiaaleigenschappen:
Olivijnstructuur (Pnma), extreem stabiele structuur (sterke PO-bindingen), lange levensduur, uitstekende thermische veiligheid, lage kosten. Echter, zowel de elektronische als de ionische geleidbaarheid zijn laag, de verdichtingsdichtheid en het spanningsplateau zijn laag.
2. Fijnheidseisen:
Een zeer hoge fijnheid is vereist. D50 ligt doorgaans in het bereik van 0,2-1,0 μm (200-1000 nm), D90 < 2-3 μm. Dit is de hoogste fijnheidseis van alle gangbare kathodematerialen voor lithium-ionbatterijen.
3. Redenen:
III. NCM-batterijen (LiNiₓCoᵧMn₂O₂)
1. Materiaaleigenschappen:
Gelaagde structuur (R-3m) combineert de hoge capaciteit/hoge spanning van lithiumkobaltoxide met de hoge capaciteit van lithiumnikkelaat en de stabiliteit/lage kosten van lithiummangaan. Prestaties (energiedichtheid, capaciteit, levensduur, veiligheid, kosten) zijn afhankelijk van de specifieke verhouding (bijv. NCM111, 523, 622, 811). Een hoger nikkelgehalte leidt tot een hogere capaciteit en energiedichtheid, maar brengt grotere uitdagingen met zich mee op het gebied van structurele stabiliteit en veiligheid.
2. Fijnheidseisen:
Er is een hoge fijnheid vereist, maar naarmate het nikkelgehalte stijgt, gelden er specifieke eisen.
3. Redenen:
IV. NCA-batterijen (LiNiₓCoᵧAl₂O₂)
1. Materiaaleigenschappen: Zeer vergelijkbaar met NCM met een hoog nikkelgehalte (hoge capaciteit, hoge energiedichtheid). Aluminiumdoping is gericht op het verbeteren van de structurele stabiliteit en cyclusprestaties, maar er blijven uitdagingen op het gebied van verwerking (bijv. gevoeligheid voor vochtigheid) en veiligheid bestaan.
2. Fijnheidseisen:
Er is een zeer hoge fijnheid vereist, dichtbij of gelijkwaardig aan NCM met een hoog nikkelgehalte (bijv. 811). D50 doorgaans 3-7 μm, D90 < 12-15 μm, strikte controle van Dmax.
3. Redenen:
Identiek aan NCM met een hoog nikkelgehalte. De kern ligt in het maximaliseren van structurele stabiliteit, levensduur en veiligheid door middel van nano-sizing/fijne deeltjes, terwijl een hoge energiedichtheid wordt nagestreefd.
V. Lithiumtitanaat (LTO)-batterijen
1. Materiaaleigenschappen:
Spinelstructuur (Fd-3m), gebruikt als anode. Heeft een "zero-strain"-karakteristiek (minimale volumeverandering), een extreem lange levensduur (meer dan 10.000 cycli), uitstekende snelheden en prestaties bij lage temperaturen, en een extreem hoge veiligheid. Een hoge bedrijfsspanning (~1,55 V versus Li+/Li) leidt echter tot een lage spanning over de volledige cel en een lage energiedichtheid.
2. Fijnheidseisen:
Middelfijnheid tot fijne fijnheid is vereist. D50 ligt doorgaans in het bereik van 1-5 μm, D90 < 10-15 μm. Grover dan LFP, mogelijk iets fijner of vergelijkbaar met sommige NCM/LCO.
3. Redenen:
VI. Solid State-batterijen (SSB's)
1. Belangrijke opmerking:
"Vaste-stofbatterijen" bestrijken diverse technische routes (polymeer, oxide, sulfide-elektrolyten), en de keuze van positieve/negatieve elektrodematerialen is ook divers (dit kan elk van de bovengenoemde materialen zijn, of nieuwe materialen zoals lithiumrijke, op mangaan gebaseerde lithiummetaalanoden). De eisen aan de fijnheid van de slurry zijn uiterst complex en sterk afhankelijk van het specifieke systeem, maar er zijn enkele gemeenschappelijke trends.
2. Kernuitdaging:
Vast-vast contact tussen de verschillende oppervlakken. In vloeibare batterijen kan de elektrolyt de poriën bevochtigen en vullen, terwijl de vaste elektrolyt bestaat uit stijve deeltjes en puntcontact met actieve materialen leidt tot een enorme impedantie tussen de oppervlakken. Dit is een van de grootste uitdagingen van vaste-stofbatterijen.
3. Trends in fijnheidsvereisten:
(1) Vergroting van het vaste-vaste contactoppervlak: Fijne deeltjes zorgen voor een groter contactoppervlak, waardoor de grensvlakimpedantie wordt verlaagd.
(2) Verkorting van het ionentransportpad: Fijne deeltjes kunnen de Li⁺-transportafstand in het actieve materiaal en de vaste elektrolyt verkorten, en op de grensvlakken tussen beide.
(3) Het bereiken van een uniformere composiet: Bij de bereiding van composietelektroden (actief materiaal + vaste elektrolyt + geleidingsmiddel + bindmiddel) is de deeltjesgrootte en morfologie van elke component cruciaal. Meestal moeten alle componenten een vergelijkbare fijnheid bereiken om gelijkmatig te mengen en effectieve ionische/elektronische geleidende netwerken te vormen.
4. Specifieke systeemverschillen:
VII. Samenvatting en belangrijkste punten:
1. De strengste eisen:
Lithium-ijzerfosfaat vereist de hoogste fijnheid (nanoschaal) vanwege de intrinsieke lage geleidbaarheid. Hoognikkel ternaire (NCM811/NCA) en actieve materialen/elektrolyten in sulfide vaste-stofbatterijen vereisen ook een zeer hoge fijnheid (submicron tot micron).
2. Hoge fijnheidseisen:
Lithiumkobaltoxide, ternaire materialen met een gemiddeld/laag nikkelgehalte en actieve materialen in oxide/polymeer-vaste-toestandbatterijen vereisen doorgaans een hoge fijnheid (D50 enkele micrometers) om de energiedichtheid, de snelheid en de stabiliteit te verbeteren.
3. Vereisten voor gemiddelde fijnheid:
Lithiumtitanaat vereist een gemiddelde tot fijne fijnheid (D50 1-5 μm), waarbij een balans moet worden gevonden tussen snelheid, prestaties en verwerkbaarheid.
4. Belangrijkste drijvende factoren:
5. Afwegingen:
Fijnheid is niet altijd hoe fijner hoe beter. Te fijne deeltjes kunnen leiden tot:
De optimale slurryfijnheid voor elk batterijmateriaal is daarom het resultaat van zorgvuldige afwegingen en optimalisatie tussen de materiaaleigenschappen, prestatiedoelen (energie, vermogen, levensduur, veiligheid) en de haalbaarheid/kosten van het proces. Fabrikanten bepalen doorgaans het meest geschikte fijnheidsregelbereik op basis van specifieke materiaalleveranciers, formulering, procesapparatuur en productpositionering.
Bij
TOB NIEUWE ENERGIE
We zetten ons in om uw strategische partner te zijn in het ontwikkelen van energieopslagtechnologieën. We maken de productie van lithiumbatterijen van de volgende generatie mogelijk door middel van precisie.
batterijmengsystemen
, elektrodevoorbereidingssystemen, batterijassemblagelijn, intelligente batterijproductielijnen en hoogwaardige
batterijmaterialen
Ons aanbod omvat geavanceerde apparatuur voor de productie van batterijen en batterijtesters, waardoor een naadloze integratie in elke fase van de batterijproductie gegarandeerd is. Met een focus op kwaliteit, duurzaamheid en collaboratieve innovatie leveren wij oplossingen die inspelen op de veranderende eisen van de industrie. Of u nu bestaande ontwerpen optimaliseert of baanbrekende batterijen van de volgende generatie ontwikkelt, ons team staat klaar om uw doelen te ondersteunen met technische expertise en snelle service. Laten we samen de toekomst van energieopslag bouwen. Neem vandaag nog contact met ons op om te ontdekken hoe onze geïntegreerde oplossingen uw succes kunnen versnellen.