I. ความเป็นมาและความสำคัญของการวิจัย
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในแบตเตอรี่พลังงาน ระบบกักเก็บพลังงาน และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เนื่องจากมีความหนาแน่นพลังงานสูง กำลังไฟฟ้าสูง อายุการใช้งานยาวนาน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในบรรดาวัสดุแคโทดชนิดต่างๆ ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO₄ หรือ LFP) ได้กลายเป็นวัสดุแคโทดหลักเนื่องจากมีความปลอดภัยสูง ต้นทุนค่อนข้างต่ำ และเสถียรภาพทางโครงสร้างที่ดี อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการประมวลผลของ LFP ส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของแผ่นอิเล็กโทรดและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ โดยกระบวนการบดเป็นขั้นตอนสำคัญในการควบคุมขนาดและการกระจายตัวของอนุภาควัสดุ บทความนี้ศึกษาผลกระทบของความเร็วป้อนและแรงกดในการบดที่มีต่อการกระจายตัวของขนาดอนุภาค ลักษณะของสารละลาย คุณภาพของแผ่นอิเล็กโทรด และประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของวัสดุ LFP อย่างเป็นระบบ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการในการผลิตเชิงอุตสาหกรรม
II. วิธีการทดลอง
สารตั้งต้น LFP ถูกเตรียมโดยใช้เหล็กฟอสเฟตเป็นแหล่งเหล็กผ่านวิธีการรีดักชันแบบคาร์โบเทอร์มอล วัสดุเริ่มต้นที่ติดฉลากว่า LFP-0 ได้มาจากการทำแห้งแบบพ่นฝอยและการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง ชนิด QLM-2 เจ็ทมิลล์ ถูกนำมาใช้ในการประมวลผล LFP-0 ภายใต้ความเร็วการป้อนที่แตกต่างกัน (0.50 กก./ชม., 0.75 กก./ชม., 1.00 กก./ชม., 1.25 กก./ชม.) และแรงดันในการบด (15 ม.³/ชม., 18 ม.³/ชม., 21 ม.³/ชม., 24 ม.³/ชม.) ซึ่งให้กลุ่มตัวอย่างหลายกลุ่ม สมบัติทางกายภาพของวัสดุถูกวิเคราะห์โดยใช้เครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาค กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) และเครื่องวัดความต้านทานของผง จากนั้นนำตัวอย่างไปทำเป็นแผ่นอิเล็กโทรดและเซลล์แบบซองขนาด 6 Ah เพื่อทดสอบความละเอียด ความหนืด ความหนาแน่นของการอัดตัวของแผ่นอิเล็กโทรด ความจุและอิมพีแดนซ์ของเซลล์อย่างเป็นระบบ
III. การวิเคราะห์การกัดเบื้องต้นของวัสดุ
วัสดุ LFP-0 ที่ไม่ได้บดประกอบด้วยอนุภาคทรงกลมที่มีการกระจายขนาดอนุภาคที่เข้มข้น: D₅₀ อยู่ที่ 16.3 ไมโครเมตร และ Dmax สูงกว่า 30 ไมโครเมตร ความละเอียดของสารละลายที่สอดคล้องกันอยู่ที่ 37–39
ไมโครเมตร เกินมาตรฐานที่ยอมรับได้ของสายการผลิต (≤35ไมโครเมตร) ความหนาแน่นของการอัดแผ่นอิเล็กโทรดอยู่ที่เพียง 2.17 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งต่ำกว่าข้อกำหนดสำหรับแบตเตอรี่สำรองไฟฟ้าและพลังงาน (≥2.40 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร) แม้ว่าความจุจำเพาะของการคายประจุที่ 0.1 องศาเซลเซียสจะสูงถึง 160.8 มิลลิแอมป์/กรัม แต่ประสิทธิภาพการประมวลผลที่ต่ำบ่งชี้ถึงความจำเป็นของกระบวนการบด
IV. ผลกระทบของความเร็วฟีดต่อประสิทธิภาพ LFP
โดยรักษาแรงดันในการบดให้คงที่ที่ 21 m³/h ได้มีการศึกษาอิทธิพลของความเร็วการป้อนที่แตกต่างกัน:
1. ขนาดและสัณฐานวิทยาของอนุภาค: ความเร็วการป้อนที่ต่ำลงส่งผลให้ประสิทธิภาพการบดดีขึ้น อนุภาค LFP-I50 (0.50 กก./ชม.) มีความสม่ำเสมอเมื่อ Dmax < 10 μm; LFP-I75 (0.75 กก./ชม.) แสดงการเกาะกลุ่มกันเล็กน้อยเมื่อ Dmax < 20 μm; ในขณะที่ LFP-I100 และ LFP-I125 มีอนุภาคที่แตกหักไม่เพียงพอเนื่องจากความเร็วการป้อนที่สูงเกินไป โดยมี Dmax ใกล้ 50 μm ซึ่งคล้ายกับวัสดุเริ่มต้น
2. ประสิทธิภาพของสารละลายและแผ่นอิเล็กโทรด: เมื่อความเร็วป้อนเพิ่มขึ้น ความละเอียดของสารละลายจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (จาก 21 ไมโครเมตร เป็น 42 ไมโครเมตร) ปริมาณของแข็งเพิ่มขึ้นเล็กน้อย และความหนืดเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย ความหนาแน่นของการอัดตัวของแผ่นอิเล็กโทรดลดลงจาก 2.46 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร เป็น 2.40 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ที่ความเร็วป้อนสูง (เช่น 1.25 กิโลกรัม/ชั่วโมง) จะพบก้อน ฟองอากาศ และจุดเกาะตัวกันบนแผ่นอิเล็กโทรด ซึ่งส่งผลต่อความสม่ำเสมอของรูปลักษณ์
3. ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเคมี: ความจุจำเพาะ 0.1 องศาเซลเซียสของทุกตัวอย่างมีค่าเกิน 158 มิลลิแอมป์/กรัม โดยมีความแตกต่างเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ค่าอิมพีแดนซ์ทางเคมีไฟฟ้า (Rct) จะเพิ่มขึ้นตามความเร็วป้อนที่สูงขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่าความเร็วป้อนที่สูงเกินไปจะทำลายชั้นเคลือบคาร์บอน ส่งผลให้ความต้านทานของส่วนต่อประสานเพิ่มขึ้น
V. ผลกระทบของแรงดันในการบดต่อประสิทธิภาพ LFP
ที่ความเร็วการป้อนคงที่ 0.75 กก./ชม. ได้มีการศึกษาอิทธิพลของแรงดันในการบดที่แตกต่างกัน:
1. ขนาดและสัณฐานวิทยาของอนุภาค: ที่ความดัน 15 m³/h การแตกของอนุภาคไม่เพียงพอ โดยที่ Dmax > 10 μm; เมื่อความดันเพิ่มขึ้นเป็น 21 m³/h ขึ้นไป Dmax จะลดลงต่ำกว่า 20 μm; อนุภาค LFP-V24 (24 m³/h) ส่วนใหญ่มีขนาดเล็กกว่า 2 μm และมีการกระจายขนาดที่เข้มข้น
2. ประสิทธิภาพการประมวลผล: ที่ความดันต่ำ (15 m³/ชม.) ความละเอียดของสารละลายจะถึง 42 μm และมีการยื่นออกมาของอนุภาคที่ชัดเจนบนแผ่นอิเล็กโทรด เมื่อความดันเพิ่มขึ้นเป็น 21 m³/ชม. ความละเอียดจะลดลงเหลือ 33 μm และลักษณะของแผ่นอิเล็กโทรดก็ดีขึ้น เมื่ออยู่ที่ 24 m³/ชม. แผ่นจะเรียบและไม่มีตำหนิ โดยความหนาแน่นของการอัดแน่นเพิ่มขึ้นเป็น 2.46 g/cm³
3. พฤติกรรมทางเคมีไฟฟ้า: ตัวอย่างทั้งหมดมีความจุสูงกว่า 159 mAh/g อย่างไรก็ตาม การเพิ่มแรงดันในการบดทำให้ชั้นคาร์บอนเสียหายมากขึ้น ส่งผลให้ความต้านทานของผงเพิ่มขึ้นและค่า Rct ของแบตเตอรี่
VI. การเพิ่มประสิทธิภาพอย่างครอบคลุมและข้อสรุป
ด้วยการปรับสมดุลการควบคุมขนาดอนุภาค ประสิทธิภาพการประมวลผล และประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้า พารามิเตอร์กระบวนการที่เหมาะสมที่สุดจึงถูกกำหนดดังนี้: ความเร็วป้อน 0.75 กก./ชม. แรงดันบด 21 ม.³/ชม. ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้:
Dmax ถูกควบคุมภายใน 20 μm
ความละเอียดของสารละลายคือ ≤35 μm
ความหนาแน่นของการอัดแผ่นอิเล็กโทรดคือ ≥2.44 g/cm³
ความจุจำเพาะการคายประจุ 0.1C คือ ≥159 mAh/g
ขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงข้อบกพร่องด้านรูปลักษณ์ของแผ่นอิเล็กโทรดและค่าอิมพีแดนซ์ที่สูงเกินไป
VII. ข้อเสนอแนะการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ
ผู้ผลิต LFP จำเป็นต้องปรับกระบวนการบดแบบไดนามิกโดยพิจารณาจากการกระจายขนาดอนุภาค สัณฐานวิทยาของ SEM และสเปกตรัมอิมพีแดนซ์ของแบตเตอรี่ วิธีนี้จะช่วยหลีกเลี่ยงการทำลายชั้นเคลือบคาร์บอนจากการบดมากเกินไป หรือลดประสิทธิภาพการประมวลผลเนื่องจากการบดไม่เพียงพอ ควรเลือกพารามิเตอร์ของอุปกรณ์อย่างเหมาะสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต พร้อมทั้งรับประกันความสามารถในการแปรรูปผลิตภัณฑ์และประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้า
VIII. คุณค่าการวิจัย
การศึกษานี้ไม่เพียงแต่นำเสนอขอบเขตพารามิเตอร์ที่เฉพาะเจาะจงและเป็นไปได้สำหรับกระบวนการเจ็ทมิลลิ่งของวัสดุ LFP เท่านั้น แต่ยังช่วยให้เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างการกระจายขนาดอนุภาคและประสิทธิภาพโดยรวมของแบตเตอรี่ได้อย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น การศึกษานี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาการประยุกต์ใช้แบตเตอรี่ LFP ในอุตสาหกรรม
ผงมหากาพย์
เดอะ ผงมหากาพย์ Jet Mill โดดเด่นในฐานะตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการแปรรูปผงที่มีความต้องการสูง มอบประสิทธิภาพการบดที่ยอดเยี่ยมและการควบคุมขนาดอนุภาคที่แม่นยำ เรามุ่งมั่นที่จะสร้างมูลค่าเพิ่มให้กับลูกค้าด้วยเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมและการสนับสนุนหลังการขายที่ครอบคลุม เพื่อช่วยให้ธุรกิจของคุณเติบโตอย่างก้าวกระโดด
เลือก Epic Powder เพื่อคุณภาพและความน่าเชื่อถือ และร่วมกันสร้างอนาคตใหม่กันเถอะ! ติดต่อเรา วันนี้สำหรับโซลูชันที่กำหนดเองและสัมผัสประสบการณ์เทคโนโลยีการแปรรูปผงชั้นนำของอุตสาหกรรม!