Zmenšovanie veľkosti častíc materiálov batérií

Veľkosť častíc a distribúcia veľkosti častíc aktívnych materiálov významne určuje celkovú výkonnosť batérie, ako je kapacita, hustota výkonu, schopnosť rýchlosti, hustota energie, stabilita počas životného cyklu a bezpečnosť. Vzorkovacie mlyny RETSCH sa používajú na zmenšovanie veľkosti častíc surovín, ako je nikel, mangán, kobalt, materiál obsahujúci lítium alebo grafit, alebo na deaglomeráciu aktívnych elektródových materiálov.

Zmenšovanie veľkosti častíc kremíka

^{Objemové rozdelenie veľkosti častíc pôvodnej vzorky a po 60 minútach mletia vo vysoko výkonnom guľovom mlyne Emax a oscilačnom mlyne MM 500 nano.}

Zmenšovanie veľkosti častíc LPS v riadenej atmosfére a pri riadenej teplote

^{Sulfidový tuhý elektrolyt (LPS) spolu s niekoľkými guľôčkami v 125 ml skrutkovacej nádobe mlyna MM 500 control, otvorenej v rukavicovom boxu.}

Zmenšovanie veľkosti častíc grafitu mokrým mletím

^{Nádoba naplnená vzorkou grafitu na koloidné mletie v MM 500 nano s použitím izopropanolu.}

Syntéza nových bateriových materiálů

Mechanochemická syntéza sa stala obzvlášť populárnou v oblasti technológie batérií, kde sa používa na výrobu inovatívnych elektrolytov, separátorov alebo viacfázových kompozitov vysokej čistoty alebo na optimalizáciu ich mikroštruktúry. Ide napríklad o syntézu nových tuhých elektrolytov procesom bez rozpúšťadiel alebo o zlepšenie ich výkonu a stability. Ďalšie využitie je pri recyklačných reakciách šetrných k životnému prostrediu, napríklad pri mechanochemickej redukcii katódového materiálu pre lítium-iónové batérie. Na mechanickú syntézu sú vhodné všetky typy guľových mlynov. Príslušné chemikálie sú zvyčajne citlivé na vzduch a drahé, preto je výhodné dávkové spracovanie v nádobách s malou dutinou - aké sú k dispozícii pre oscilačné mlyny RETSCH.

Riadenie procesu pomocou systému GrindControl

Monitorovanie teploty a tlaku je pri vývoji materiálov batérií veľmi dôležité na zabezpečenie optimálnych podmienok na zachovanie integrity materiálu. Tieto parametre ovplyvňujú fyzikálne a chemické vlastnosti materiálov a priamo ovplyvňujú ich výkon. Presná kontrola týchto podmienok je nevyhnutná na dosiahnutie konzistentných výsledkov a umožnenie úspešného škálovania výrobných procesov. Na meranie teploty a tlaku vo vnútri nádoby sú k dispozícii špeciálne viečka.

Spektroskopia RAMAN s oscilačnými mlynmi

Oscilačné mlyny sú obzvlášť vhodné na in-situ spektroskopiu RAMAN, ktorá umožňuje podrobné štúdium kinetiky mechanochemických reakcií. Mlynček MM 400 je vybavený odnímateľnou spodnou doskou, ktorá má dva otvory, cez ktoré spektrometer RAMAN smeruje na dno priehľadných PMMA mlynčekov. Mlynček ponúka čas spracovania až 99 hodín.

Práca v inertných atmosférach

Obvyklým postupom pri manipulácii s materiálmi citlivými na atmosféru je plnenie a otváranie kontajnerov v boxe s rukavicami. Na kontrolu alebo zmenu atmosféry v uzavretej nádobe možno použiť aj prevzdušňovacie uzávery. V rukovicovém boxe je možné umiestniť aj celý planetový guľový mlyn.

Navštívte našu stránku o mechanochémii a dozviete sa viac o mechanochemických aplikáciách s guľovými mlýnmi RETSCH.

Príprava vzoriek batérií na analýzu

Na analytickú charakterizáciu materiálov je zvyčajne potrebné len malé množstvo, od niekoľkých gramov po miligramy. Bez správnej prípravy vzorky budú výsledky analýzy málo významné. Na zabezpečenie spoľahlivých výsledkov musí byť vzorka skutočne reprezentatívna, čo znamená, že jej zloženie by malo odrážať kompletný východiskový materiál. To si vyžaduje dôkladnú mechanickú homogenizáciu na odstránenie nehomogenít prostredníctvom mletia a miešania pred odberom vzorky. Okrem toho je veľmi dôležité vyhnúť sa vnášaniu akýchkoľvek kontaminantov do materiálu počas prípravy vzorky, pretože by to mohlo sfalšovať výsledky.

Príprava vzoriek pre röntgenové techniky

Na účely spektroskopie XRF je zvyčajne potrebné vzorky rozomlieť na veľkosť častíc < 100 µm. Na prvotné drvenie sa používajú čeľusťové drviče a deliče vzoriek, po ktorých nasleduje jemné mletie v guľovom alebo diskovom mlyne. Nakoniec sa zlisuje peleta, aby sa získala zhutnená vzorka s vysokou koncentráciou prvkov a hladkým povrchom, ktorý zabezpečuje optimálnu röntgenovú detekciu.

^{Vzorka oxidu manganičitého pred a po procese mletia v PM 100. Na analýzu XRF sa vzorka zlisuje do pelety.}

Pri XRD je potrebná jemnejšia metóda mletia a ešte jemnejšia veľkosť častíc, aby sa zachovala štruktúra kryštálovej mriežky vzorky. Na tento účel sa ideálne hodí mlyn XRD-McCrone Mill.

^{Vzorka medenej rudy v pôvodnom stave (vľavo), predrvená v nádobovom drviči (uprostred) a pripravená pomocou XRD-Mill McCrone na analýzu molekulovej štruktúry pomocou röntgenovej difrakcie.}

Pozrite si náš interaktívny tematický plagát s krátkymi videami o príprave vzoriek na XRF/XRD.

Príprava vzoriek materiálov batérií s kovovými zložkami

Materiálová analýza anód a katód je základným prvkom kontroly kvality a výskumu.  Pochopenie zloženia, štruktúry a vlastností týchto kľúčových komponentov je nevyhnutné na optimalizáciu výkonu, kapacity a životnosti batérií.

V lítium-iónovej batérii sa elektróda skladá z povlaku aktívneho materiálu (oxid kovu alebo zlúčenina na báze uhlíka) na zberači prúdu (hliník alebo meď). Vzhľadom na kovovú zložku je rozomieľanie elektród náročné. Podobné materiálové zmesi elektródového prášku a kovových zložiek sa nachádzajú v procesoch recyklácie. Veľké vzorky možno rozomlieť pomocou strižného mlyna. Na jemné mletie môže byť možnosťou guľové mletie. Treba však mať na pamäti, že guľové mlyny nedrvia, ale majú tendenciu sploštovať kovové častice. Prášky obsahujúce kovové častice však možno do určitej miery rozomlieť, najmä ak sa použije kryogénne mletie.

Príprava vzoriek polymérnych materiálov

Polyméry používané v súčiastkach batérií majú špecifické požiadavky na mechanickú a tepelnú odolnosť, preto je analýza ich chemického zloženia nevyhnutná na pochopenie ich obmedzení a na vytvorenie vhodného zloženia. Strižné mlyny sa používajú na prvotné drvenie makroskopických polymérnych dielov, po ktorom zvyčajne nasleduje rozomletie v guľovom mlyne. V obidvoch prípadoch môže byť na zabezpečenie účinného rozprašovania potrebné ochladiť vzorku v kvapalnom dusíku.

Súprava CryoKit uľahčuje manuálne zmrazenie pred guľovým mletím. Okrem toho spoločnosť RETSCH poskytuje mlyny vybavené integrovaným chladiacim systémom, ako napríklad mlyn CryoMill a mlyn Oscilačný mlyn Mill MM500 control. Tieto laboratórne guľové mlyny sú skonštruované špeciálne na mletie elastických materiálov v kryogénnych podmienkach. Počas tohto procesu sa vzorka ochladí na extrémne nízku teplotu, zatiaľ čo mlyn aktívne udržiava mleciu nádobu na konštantnej teplote -196 °C, čo zabezpečuje účinné a efektívne mletie.

^{Vzorka polyméru pripravená pomocou súpravy KryoKit}

^{Vzorka polyméru pripravená pomocou CryoMill}

^{Vzorka polyméru pripravená v MM 500 control}

Laboratórne guľové mlyny s aktívnou reguláciou teploty

Pri spracovaní materiálu v guľových mlynoch často vznikajú vysoké teploty presahujúce 80 °C, ktoré môžu negatívne ovplyvniť proces pri práci so vzorkami citlivými na teplotu. Chladenie alebo dokonca zmrazenie materiálov vzoriek môže byť potrebné na uľahčenie zmenšovania veľkosti, zabránenie aglomerácii, zachovanie integrity vzorky na následnú analýzu alebo na kontrolu mechanochemických reakcií. Zvýšenie teploty je spôsobené predovšetkým nárazom a trením v nádobe a je ovplyvnené konštrukciou mlyna a jeho schopnosťou odvádzať teplo. Spoločnosť RETSCH zohľadňuje tieto faktory tým, že ponúka guľové mlyny s možnosťami aktívnej regulácie teploty na udržiavanie nízkych teplôt v nádobe počas mletia alebo na zmrazenie vzoriek na krehnutie.

Emax

Zariadenie Emax je vybavené integrovaným chladiacim systémom a ponúka funkciu nastavenia maximálnej teploty, čo vedie k automatickému prerušeniu chladenia počas prevádzky.

MM 500 control

Mlyn MM 500 control počas prevádzky priebežne chladí nádoby tepelnými kvapalinami, ako je voda, glykol alebo kvapalný dusík. Týmto spôsobom možno dosiahnuť minimálnu teplotu - 100 °C a nádoby je možné aj ohrievať.

CryoMill

Mlynček CryoMill je vybavený integrovaným chladiacim systémom, ktorý neustále ochladzuje mleciu nádobu tekutým dusíkom pred a počas procesu mletia na maximálne ochladenie až na -196 °C. 

Technológia batérií - FAQ