一文看懂磷酸铁锂纳米化优势 —— 琅菱智能纳米研磨之磷酸铁锂


来源:东莞市琅菱机械有限公司

“眼看他起高楼,眼看他宴宾客,眼看他楼塌了

 

在编写本文开头时,小编原本想回顾下这几年来锂电行业的发展,可一下子冒出《桃花扇》中的这几句台词来,也别怪小编过于矫情,相信看过锂电的繁华和无奈,圈里的人都会萌生些许唏嘘来,原因也只有懂的人才会懂。

 

技术始终站在至高无上的高度,

不掌握核心科技,

春天只会是遥遥无期。

 

不过令人欣喜的是,沉寂快两年的锂电池板块近期似乎又开始活跃了,小编采集到来自高工产业研究院(GGII)发布的统计数据,2019年我国新能源乘用车累计生产约102.4万辆,同比增长2%(也有数据显示增长达8%),动力电池装机量约42.24GWh同比增长28%


而在锂电池及其下游行业快速发展的驱动下,2019年磷酸铁锂电池正极材料增长较为迅猛,占新能源整车制造成本大约30~40%


 

今天和各位聊的就是在动力电池中倍受争议的一大派系——磷酸铁锂。

 

磷酸铁锂是动力电池中广受关注的正极材料之一,其主要特点是成本低廉,循环寿命高,安全性非常好,稳定性高,即便碰撞、穿刺也不会有自燃爆炸风险,在电动汽车领域广泛应用。之所以倍受争议,是相对动力电池中的一大派系三元材料而言。

 


三元材料自从出道以来就锋芒毕露,其电压平台很高,相同的体积或是重量下,三元锂电池的能量、功率显的更大,只是在安全方面就不如磷酸铁锂了。



只是小编在一些媒体平台上,经常会看到有人非要将磷酸铁锂和三元材料分个高低不行,其实小编觉得这事挺简单的,就像女孩子找男朋友一样,想要速度和激情就找三元材料,而嫁人就嫁像磷酸铁锂这样成熟稳重又多金安全的男人,所以,不同的材料各有各的用途,没必要相互伤害。


磷酸铁锂结构及其特性


(高中以下学历可直按略过此段落)

准确来说,磷酸铁锂应该叫磷酸亚铁锂,业界习惯性称为:磷酸铁锂是一种无机化合物,其晶体结构为橄榄石结构,如图下图所示:



其中,FeO6八面体,PO4四面体。在充放电过程中,Li+ 的可逆嵌脱,对应于Fe3+ /Fe2+的互相转换,电压平台在3.45 Vvs.Li+/Li),且平台较长。


由于P-O键键能非常大,所以PO4四面体很稳定,在充放电过程中起到结构支撑作用,因此LiFePO4有很好的抗高温和抗过充电性能,同时由于LiFePO4和完全脱锂状态下的FePO4的结构很相近,所以LiFePO4循环性能也很好。


Li+完全脱出时,体积减小6.81%,而密度增加了2.59%;经过多次充放电后,橄榄石结构依然稳定,铁原子仍处于八面体位置。


但是,LiFePO4 的导电性并不是很好。



磷酸铁锂充放电过程是在LiFePO4FePO4两相之间进行的。


充电时,

Li+LiFePO4中脱离出来,

Fe2+变成Fe3+形成FePO4相;


放电时,

Li+嵌入FePO4中,

Fe3+变成Fe2+形成LiFePO4相。


磷酸铁锂改性的主要方向包括:纳米化、包覆和掺杂。


由于磷酸铁锂材料锂离子的扩散系数小,非纳米LiFePO4的粒子大,限制了其大电流性能,因此必须进行纳米化。


纳米化后磷酸铁锂性能优势


因纳米粒子的小尺寸效应,减小了锂离子嵌入脱出深度和行程,保证大电流放电时容量不衰减。


纳米粒子高得比表面积,增大了反应界面。


纳米粒子更多的晶粒边界,提供了快速的离子扩散通道。


大的比表面积和孔隙的形成能够提供更多的扩散通道,保证电解液的充分浸泡和足够的锂离子。


聚集的纳米粒子的间隙,缓解锂离子在嵌入和脱出时的应力,提高循环寿命。


LiFePO4颗粒的减小LiFePO4/FePO4两相的不相混溶区也会变小,放电容量增大。

 



当然了,小编承认,铺垫了这么多,终究还是只有一个目的,就是将琅菱沉淀了近20年的超细分散、纳米研磨技术更广泛推广出去。


NT-V系列卧式高效棒销式砂磨机


该系列设备用于亚微米级、纳米级材料分散与研磨。根据客户要求可将物料研磨至D50100


砂磨机为棒销式结构,可实现物料湿法研磨功能,具有性能稳定、高效率、低能耗、低噪音、微颗径可到100纳米以下具有颗粒稳定、粒径分布窄等优点。


研磨筒体采用双层夹套结构,外层胆体是冰水循环,外筒体采用SUS304材质,内筒体为碳化硅材质,碳化硅莫氏硬度达到9.1,略低于金钢石,导热性好,是不锈钢的6倍,可快速带走研磨腔内的热量;棒销采用氧化锆材质,耐磨性好、并确能保无金属污染



独特琅菱技术机械密封,3年免维护的设计标准, 每年到国外进行技术交流,核心部件不惜成本,使用稳定,故障率低,降低了故障停机率,减少了机器维护成本。



传动结构采用铸造轴承座、进口轴承、耐磨油封、不锈钢传动轴、皮带轮、V型皮带,采用进口轴承,设备设有加润滑油口,可有效延长设备使用寿命,从而达到连续传动的目的。


砂磨机配有独立的加锆球装置,便于添加锆球,方便维护。


独特的出料结构设计,筛网不变形,轻松更换筛网。



其他品牌的对比优势


棒销结构

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研磨锆珠的运动轨迹单一,会造成剪切力不均匀,降低研磨效率。

研磨锆珠的运动轨迹面积更大,运动的研磨锆珠分布更均匀,产出的剪切力对物料的研磨更充分,大大提高研磨效率。

研磨锆珠单一的着力点加快了对内桶的磨耗,大大缩短了内桶的使用寿命。 研磨锆珠运动轨迹面积增大对研磨内桶的冲击面积也相应的扩大,减少了对研磨内桶的磨耗,延长内桶的使用寿命。

优质选材

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传统配置的弊端是当碳化硅内桶出现破损时,冷却水会直接与物料相结合,污染物料,严重的会造成物料直接报废。

通过特殊加工工艺对碳化硅内桶进行更严密的保护,大大降低了碳化硅内桶破损的风险,规避了物料损失;保护铝桶的导热性能是不锈钢的13倍,这样可以更快的将研磨腔体内的热量带走,使整机和物料的散热性能更佳。

出料方式

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由于磷酸铁锂物料的特性,会造成堵料的情况比较严重。动态分离出料,在分离器内利用马赫式振波器高频振波来分散物料,大大降低物料堵塞的机率。 

温度控制

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桶体夹层散热+出料冷却+机封冷却+轴心冷却 

在传统的散热系统里面增加恒温设置,更好的确保物料属性的稳定性和起到保护机器的作用。


最后,除了琅菱的单机智能之外,其磷酸铁锂正极材料配料预混研磨系统生产线,包括自动投料、自动砂磨系统,包括自动粉体投料、自动配料、自动分散、自动研磨、自动转运、成品暂存、除铁过滤等工序的智能化系统,也广泛应用与各大企业之中。

 


智能化系统 一站式解决方案



磷酸铁锂的整线智能化系统,使人工和自动化设备的相互配合,使生产设备相互之间完成周转作业,达到生产线连续性化生产的功能。

 


另外,小编在此提醒各位同学,对于磷酸铁锂正极材料而言,只是单纯关注某一指标意义不大,只有从物理和化学性能两方面结合起来看才有意义。



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