格瑞德曼：電池材料的樣品制備解決方案2024/08/02 閱讀：1812
方案摘要
隨著社會經濟的發展，電子設備的不斷普及，智能手機、筆記本電腦等應用，尤其是在全球新能源汽車產業迅猛發展的背景下，電池技術的進步已然成為推動行業前行的關鍵力量，新能源汽車的普及對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研究方向。
鋰離子電池，其構造可分為正極材料、負極材料、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前不同車型對鋰離子電池類型取舍的基本依據。
鈷酸鋰電池：主要材料是鈷酸鋰，由于鈷資源相對貧乏，價格較高，對環境有毒、安全性較差、容量相對較低等缺點，大大限制了其廣泛的應用和長遠的發展，因此，這類電池主要應用于數碼電池中。
錳酸鋰電池：主要為尖晶石型錳酸鋰。對比鈷酸鋰，具有資源豐富，價格便宜，對環境污染小等特點。但尖晶石結構很難保持完整性，循環性差，這類電池多應用于電動自行車。
磷酸鐵鋰電池：主要為磷酸鐵鋰材料，原料豐富，價格低廉，對環境友好，循環性能非常好，安全性能特別高等特點使其最先在電動汽車上得到應用。但體積能量密度低，溫度適應性差等缺點，限制了其進一步的應用。
三元鋰電池：主要為鎳鈷錳或者鎳鈷鋁。最大的優勢就是能量密度高。它可以通過調整正極材料中鎳的占比，來提高電池能量密度。高能量密度同時也帶來了高風險，它的穩定性相對較差，發生燃燒事故的可能性也較高。
為了制備出高質量的鋰電池材料，不同的材料，選擇合適的制備儀器 和制備方法可以讓實驗事半功倍。根據我們以往服務過的部分客戶案例，結合實驗應用，針對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驗參考。
案例一：
用戶：鋰辰科技
樣品：石墨
材料性質：脆性
使用儀器：臼式研磨儀MG200
研磨套件材質：瑪瑙材質
制備要求：達到5微米
研磨時間：10分鐘
石墨是常見的一種電池負極材料，易研磨，可選擇的制樣設備也較為廣泛，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"手動研缽的自動化儀器"，操作簡單、方便。
1、人性化設計、易清洗
2、杵頭插拔式設計，方便拆卸
3、杵頭壓力可調節
4、內置觀察燈，可隨時查看樣品的研磨狀況
5、程序設置完成后，無需人員監護
在電池材料類樣品制備中，固態電解質是一種使用固體電極和固體電解質的電池技術，相較于傳統的鋰離子電池，它具有良好的機械變形能力、高鋰離子電導率以及與高電壓正極材料的較強兼容性。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用。
案例二：
用戶：中國科學院大學
樣品：固態電解質
樣品性質：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
轉速：300rpm
研磨時間：15min
出樣尺寸：D90＜27微米
處理量：單次處理量為500g左右
由于樣品的特性，水和法效果并不理想，對于鹵化物一些樣品，球磨后整體表現為非晶化，有助于離子傳導。用行星式球磨儀研磨后的樣品，通過測試離子電導率和XRD，觀察其電化學性能和結構，后續進行組裝全電池的測試。
行星式球磨儀BM20
除了可以制備固態電解質材料外，行星式球磨儀亦可以針對磷酸鐵鋰電池材料進行高效率的制備，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，而納米化對環境要求比較高，因此在部分實驗條件下，實驗人員通常要求在手套箱內操作。在實驗的過程中，就需要選配帶有通氣蓋和緊固環的研磨罐。
(行星式球磨儀BM40)
帶有通氣蓋和緊固環的研磨罐
在實際應用中，行星式球磨儀有多個選擇，可以選擇單平臺行星式球磨儀、雙平臺行星式球磨儀以及四平臺行星式球磨儀。與雙平臺行星式球磨儀BM20相比，行星式球磨儀BM40有4個研磨平臺，可同時研磨2份、4份、或8份樣品，能快速實現亞微米級的研磨細度。之所以能受到眾多客戶的喜愛，得益于其實用、安全、便捷的優異性能：
1、研磨室自動通風系統，可用于研磨罐冷卻；
2、可自動反向轉動；
3、智能的安全門鎖，可保障儀器操作的安全性；
4、 采用人體工程學設計，在操作上集舒適性和安全性于一體；
5、人性化的程序設計，可以設定研磨的起始時間，在實驗過程中可以自行運轉，而無需人員監護；
6、人性化的鎖緊裝置和開罐工具。
當然，除了傳統的行星式球磨儀,針對鋰電池材料、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以及高能振動球磨儀GT600Dual也是不錯的選擇。
和傳統的行星式球磨儀相比，小型高能行星式球磨儀NM200的轉速更高，亦是材料類樣品制備的“寵兒”，在研磨罐的自動識別、安裝、取出和轉速性能上，都是傳統型球磨儀無法達到的效果。
1、研磨腔門可自動關閉；
2、超強離心加速度，研磨轉速可達2200轉；
3、可識別研磨罐材質；
4、研磨罐RFID自動識別和定位功能，確保儀器安全運行；
5、可自動安裝、定位和鎖緊，無需人工手動操作；
6、嵌入式研磨罐設計，操作簡單方便。
(小型高能行星式球磨儀NM200)
而高能振動球磨儀GT600Dual，和傳統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度的撞擊下，將樣品粉碎以達到更好的研磨效果，其獨特的優勢性能也是當下材料樣品制備的理想選擇。
1、高達35Hz的強力粉碎；
2、通用性強，可將樣品研磨至納米范圍；
3、適用于高強度、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。對比鈷酸鋰，具有資源豐富，價格便宜，對環境污染小等特點，但尖晶石結構很難保持完整性，循環性差，這類電池多應用于電動自行車。此類材料屬于中硬性的，用戶需要D50達到3-15微米，且效率要求高。
傳統的研磨方式，顎式破碎儀和球磨儀的轉速偏低，因此嘗試使用高轉速的超離心研磨儀FM200。
(超離心研磨儀FM200)
用戶：中芯能
樣品：錳酸鋰
樣品性質：中硬性
使用儀器：超離心研磨儀FM200
轉刀：12齒轉刀
轉刀材質：鈦制
篩網：0.08mm篩網
篩網材質：鈦制
設定轉速：18000rpm
研磨時間：即入即出
超離心研磨儀FM200是一款即入即出的高效率研磨設備，其高轉速和可控的出樣尺寸，是球磨設備無法達到的高效便捷。
1、運行可靠、清潔方便
2、即入即出的研磨效果
3、出樣尺寸可由篩網控制
4、多樣化的配件可滿足豐富的產品應用
為了達到更好的研磨效果，我們建議搭配自動進樣器和旋風分離器來使用，不僅可以實現連續進樣，亦可實現連續收集。
每款研磨儀都不是萬能的，選擇適合的就是最好的，如您想要了解更多鋰電池材料樣品制備的解決方案，請聯系格瑞德曼公司！
