โรงสีเจ็ท การบดละเอียดด้วยเครื่องบดแบบนี้ถือเป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการบดละเอียดวัสดุแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียม และด้วยเหตุผลที่ดี การที่ไม่มีวัสดุบดสัมผัสกับพื้นผิวหมายความว่าจะไม่มีอนุภาคโลหะสึกหรอในผลิตภัณฑ์ บรรยากาศก๊าซเฉื่อยหมายความว่าจะไม่มีการออกซิเดชันหรือการสัมผัสกับความชื้นในระหว่างกระบวนการ และระบบคัดแยกแบบไดนามิกในตัวช่วยให้คุณสามารถกำหนดเป้าหมาย D50 และ D97 ที่เฉพาะเจาะจงได้อย่างแม่นยำ ซึ่งการบดด้วยลูกบอลหรือการบดแบบกระแทกไม่สามารถทำได้.
แต่การบดด้วยเจ็ทไม่ใช่เทคโนโลยีเดียว เครื่องบดเจ็ทแบบเกลียว เครื่องบดเจ็ทแบบฟลูอิไดซ์เบด และเครื่องบดเจ็ทแบบตรงข้าม ล้วนทำงานบนหลักการพื้นฐานเดียวกัน คือ เจ็ทแก๊สความเร็วสูงเร่งอนุภาคให้ชนกัน แต่ให้ประสิทธิภาพที่แตกต่างกันในด้าน D50 อัตราการผลิต ความคมชัดของการตัด และความไวต่อความชื้นของวัตถุดิบ การเลือกประเภทที่ไม่เหมาะสมกับวัสดุแคโทดและเป้าหมาย PSD หมายถึงการควบคุมขนาดอนุภาคที่แย่กว่าที่ควรจะเป็น หรืออัตราการผลิตที่ไม่คุ้มค่ากับต้นทุนพลังงานของแก๊สอัด.
คู่มือนี้ครอบคลุมถึงวิธีการทำงานของการกัดด้วยเจ็ทสำหรับวัสดุแคโทดโดยเฉพาะ วิธีการเลือกประเภทของเครื่องบด พารามิเตอร์การทำงานที่ควบคุม PSD และข้อมูลการผลิตจริงจากสายการผลิต NMC และ LFP ผงเอพิค เราจัดจำหน่ายเครื่องบดเจ็ทสำหรับผู้ผลิตวัตถุดิบแบตเตอรี่ และให้บริการทดลองบดฟรี ก่อนตัดสินใจซื้ออุปกรณ์.
กระบวนการกัดด้วยเจ็ททำงานอย่างไร และเหตุใดจึงเหมาะกับวัสดุแคโทด
กลไกการลดขนาด
ในเครื่องบดแบบเจ็ท ก๊าสเฉื่อยอัด (ไนโตรเจนหรืออากาศแห้ง) จะถูกป้อนผ่านหัวฉีดเข้าไปในห้องบดด้วยความเร็วสูง โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 300-600 เมตร/วินาที ที่ทางออกของหัวฉีด ขึ้นอยู่กับความดันของก๊าส กระแสแก๊สความเร็วสูงจะพัดพาอนุภาคจากวัสดุป้อนและเร่งความเร็วของอนุภาคเหล่านั้น บริเวณที่เจ็ทแก๊สสองเจ็ทขึ้นไปมาบรรจบกัน อนุภาคจะชนกันด้วยความเร็วสัมพัทธ์สูง การชนกันของอนุภาคเหล่านี้จะทำให้วัสดุป้อนแตกหักจากการกระแทก.
นี่คือความแตกต่างที่สำคัญจากการบดเชิงกล: ไม่มีพื้นผิวบดใดสัมผัสกับผลิตภัณฑ์ อนุภาคจะบดตัวเอง พื้นผิวแข็งเพียงอย่างเดียวในห้องบดคือผนังห้องและล้อคัดแยก ซึ่งทั้งสองอย่างสามารถบุด้วยเซรามิกหรือวัสดุพอลิเมอร์เฉื่อยเพื่อกำจัดแม้แต่ช่องทางการปนเปื้อนเหล่านั้น.
เหตุใดเรื่องนี้จึงมีความสำคัญต่อเคมีของแคโทดแบตเตอรี่
วัสดุแคโทดมีความไวต่อปฏิกิริยาทางเคมี NMC, LFP และ LCO ล้วนมีโลหะทรานซิชันซึ่งไวต่อการปนเปื้อนจากธาตุเหล็ก (Fe), โครเมียม (Cr), นิกเกล (Ni) หรือทองแดง (Cu) ในระดับ ppm นอกจากนี้ยังไวต่อความชื้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง NMC ที่มีนิกเกลสูง (NMC 811 ขึ้นไป) มันทำปฏิกิริยากับความชื้นในบรรยากาศก่อให้เกิดลิเธียมคาร์บอเนต (Li2CO3) และลิเธียมไฮดรอกไซด์ (LiOH) บนพื้นผิว ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพในรอบแรกและความสามารถในการจ่ายกระแสลดลง.
การกัดด้วยเจ็ทในวงจรไนโตรเจนแบบปิดช่วยแก้ปัญหาทั้งสองอย่างพร้อมกัน: การไม่มีพื้นผิวสัมผัสที่เป็นโลหะช่วยขจัดเส้นทางการปนเปื้อนหลัก และบรรยากาศไนโตรเจนช่วยป้องกันการสัมผัสกับความชื้นตลอดวงจรการกัด นี่คือเหตุผลที่การกัดด้วยเจ็ทเป็นเทคโนโลยีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ NMC 811 และแคโทดที่มีนิกเกิลสูงอื่นๆ ที่ไม่สามารถทนต่อการปนเปื้อนทั้งสองประเภทได้.
การบดด้วยเจ็ทมิลล์ เทียบกับวิธีการบดแบบอื่นสำหรับแคโทด
| คุณสมบัติ | เจ็ตมิลล์ | เครื่องบดลูกบอล (เซรามิก) | โรงสีแยกอากาศ | อิมแพ็ค มิล |
| ความเสี่ยงจากการปนเปื้อนของโลหะ | ใกล้ศูนย์ | ต่ำ (การสึกหรอของเซรามิก) | ต่ำ-ปานกลาง | ปานกลาง |
| การสร้างความร้อน | ไม่มี | ต่ำ-ปานกลาง | ต่ำ | ปานกลาง |
| สามารถสร้างบรรยากาศเฉื่อยได้หรือไม่? | ใช่ (มาตรฐาน) | ใช่ (ลบออกแล้ว) | จำกัด | จำกัด |
| D50 ที่ดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ | 0.5-1 ไมครอน | 1-3 ไมครอน | 3-5 ไมครอน | 5-10 ไมครอน |
| ความคมชัดของ PSD (การควบคุมจุดตัด) | ยอดเยี่ยม | ดี | ยอดเยี่ยม | ปานกลาง |
| ต้นทุนพลังงานต่อตัน | สูง (ก๊าซอัด) | ต่ำ-ปานกลาง | ปานกลาง | ต่ำ |
| ความสามารถในการปรับขนาดปริมาณงาน | ปานกลาง-สูง | สูง | สูง | สูง |
แม้ว่าการบดด้วยเจ็ทจะมีต้นทุนด้านพลังงานต่อตันสูงกว่า แต่ก็ถือว่าคุ้มค่าสำหรับการใช้งานในแคโทดที่การปนเปื้อนและความไวต่อสภาพบรรยากาศทำให้วิธีการบดแบบอื่นไม่เหมาะสม หรือต้องใช้มาตรการป้องกันอย่างกว้างขวางซึ่งทำให้ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนของวิธีการบดแบบอื่นหมดไป.
การเลือกประเภทเครื่องกัดเจ็ทที่เหมาะสมสำหรับวัสดุแคโทดของคุณ
เครื่องบดแบบเจ็ทไม่ได้มีดีไซน์เหมือนกันทั้งหมด สำหรับการแปรรูปวัสดุแคโทดนั้น มีสองประเภทที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด ได้แก่ เครื่องบดแบบเจ็ทชนิดฟลูอิไดซ์เบด และเครื่องบดแบบเจ็ทชนิดอื่นๆ โรงสีเจ็ทเกลียว. เครื่องบดทั้งสองประเภทมีหลักการบดแบบอนุภาคชนอนุภาคเหมือนกัน แต่แตกต่างกันในวิธีการคัดแยกขนาดอนุภาค และความแตกต่างนี้เป็นตัวกำหนดว่าเครื่องบดแต่ละประเภทเหมาะสมกับการใช้งานประเภทใดมากที่สุด.
เครื่องบดเจ็ทแบบฟลูอิไดซ์เบด
ในเครื่องบดแบบเจ็ทฟลูอิไดซ์เบด เจ็ทแก๊สจะพุ่งเข้ามาในแนวนอนผ่านหัวฉีดที่ติดตั้งอยู่รอบ ๆ ห้องด้านล่าง และสร้างชั้นอนุภาคแบบฟลูอิไดซ์ที่มีความปั่นป่วน อนุภาคจะเร่งความเร็วเข้าสู่ศูนย์กลางซึ่งเจ็ทจะมาบรรจบกัน ชนกัน และแตกตัว อนุภาคที่ถูกบดจะถูกพัดพาขึ้นไปด้านบนด้วยกระแสแก๊สไปยังล้อคัดแยกแบบไดนามิกที่ติดตั้งอยู่ด้านบนของห้อง ความเร็วของล้อคัดแยกจะควบคุมจุดตัด: อนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าขนาดเป้าหมายจะผ่านล้อไปยังระบบเก็บรวบรวมผลิตภัณฑ์ ส่วนอนุภาคที่มีขนาดใหญ่เกินไปจะถูกส่งกลับไปยังฟลูอิไดซ์เบดเพื่อบดต่อไป.
- จุดแข็ง: จุดตัดปรับได้ (D50 ตั้งแต่ 1 ถึง 50+ ไมครอน), การกระจายขนาดอนุภาคคมชัด (ช่วงแคบ), อัตราการผลิตสูง 5-100+ กก./ชม. ขึ้นอยู่กับขนาดเครื่องบด, เหมาะสำหรับวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิและความชื้นในระบบไนโตรเจนแบบปิด
- เหมาะสำหรับ: แคโทด NMC, LFP, LNMO และเคมีแคโทดอื่นๆ ที่ต้องการค่า D50 ที่เฉพาะเจาะจงและค่า D97 ที่รัดกุม และอัตราการผลิตเป็นสิ่งสำคัญลำดับต้นๆ
- ข้อจำกัด: ต้นทุนการลงทุนสูงกว่าเครื่องบดแบบเจ็ทเกลียว และล้อคัดแยกต้องได้รับการบำรุงรักษา
เจ็ทมิลค์แบบเกลียว (แพนเค้ก)
ใน โรงสีเจ็ทเกลียว, วัสดุป้อนและก๊าซความเร็วสูงจะไหลเข้าสู่ห้องบดรูปทรงแผ่นเรียบในแนวสัมผัส กระแสของก๊าซและอนุภาคจะไหลเป็นเกลียวเข้าสู่ศูนย์กลางของแผ่น โดยอนุภาคจะเร่งความเร็วขึ้นเมื่อเข้าใกล้กัน การจำแนกขนาดทำได้โดยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางในกระแสเกลียว อนุภาคที่ละเอียดกว่าจะเคลื่อนตัวไปยังศูนย์กลางและออกทางช่องทางออกตรงกลาง ในขณะที่อนุภาคที่หยาบกว่าจะยังคงอยู่ในเกลียวด้านนอกเพื่อทำการบดต่อไป.
- จุดแข็ง: ดีไซน์เรียบง่าย ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหว (ไม่มีล้อคัดแยก) ทำความสะอาดและเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ได้ง่าย ขนาดกะทัดรัด ต้นทุนเริ่มต้นต่ำ
- เหมาะสำหรับ: งานวิจัยและพัฒนาและงานนำร่องระดับอุตสาหกรรม การผลิตวัสดุหลายชนิดในปริมาณน้อย การใช้งานที่เน้นการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์อย่างรวดเร็วและทำความสะอาดง่าย
- ข้อจำกัด: การจำแนกประเภทเป็นการควบคุมตนเองมากกว่าการปรับแต่ง — จุดตัดถูกกำหนดโดยความดันก๊าซและอัตราการป้อน ไม่ใช่พารามิเตอร์ที่ตั้งค่าได้ ช่วงการกระจายขนาดอนุภาค (PSD) กว้างกว่าเครื่องบดแบบฟลูอิไดซ์เบดที่สภาวะเดียวกัน ไม่เหมาะสำหรับเป้าหมาย D50 ที่ต่ำกว่าประมาณ 5 ไมครอน.
| คู่มือการเลือกอย่างรวดเร็ว: เทียบกับเครื่องบดแบบเจ็ทเกลียวสำหรับวัสดุแคโทด ใช้เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบด: เมื่อต้องการค่า D50 ต่ำกว่า 10 ไมครอน เมื่อต้องการการควบคุม D97 ที่เข้มงวด เมื่อต้องการอัตราการผลิตสูงกว่า 20 กก./ชม. หรือเมื่อวัสดุเป็น NMC ที่มีนิกเกลสูงและมีข้อกำหนดเกี่ยวกับก๊าซเฉื่อยที่เข้มงวด ใช้เครื่องบดแบบเจ็ทเกลียว: สำหรับงานวิจัยและพัฒนาและการพัฒนาขั้นตอนการผลิต สำหรับการผลิตในปริมาณน้อยต่ำกว่า 20 กก./ชม. เมื่อมีการผลิตผลิตภัณฑ์หลายชนิดบนอุปกรณ์เดียวกันและต้องการการทำความสะอาดอย่างรวดเร็ว หรือเมื่องบประมาณจำกัดในการลงทุน ทั้งสองประเภท: สามารถใช้งานในระบบวงปิดไนโตรเจนสำหรับแคโทดที่ไวต่อความชื้นได้ — โปรดยืนยันเรื่องนี้กับผู้จำหน่ายอุปกรณ์ในขณะที่ระบุรายละเอียด |
พารามิเตอร์การทำงานหลักและสิ่งที่พารามิเตอร์เหล่านั้นควบคุม
กระบวนการกัดด้วยเจ็ทมีตัวแปรควบคุมหลักสี่ตัว การทำความเข้าใจว่าแต่ละตัวทำอะไร และปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกมัน เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการกำหนดสูตรกระบวนการที่เสถียรและทำซ้ำได้สำหรับวัสดุแคโทดของคุณ.
| พารามิเตอร์ | ช่วงอุณหภูมิใช้งานทั่วไป (เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบด) | ผลกระทบต่อ PSD | หมายเหตุ |
| แรงดันแก๊สบด | 4-8 บาร์ | แรงดันสูงขึ้น = อนุภาค D50 ละเอียดขึ้น แรงดันต่ำกว่า 4 บาร์: ความเร็วของอนุภาคไม่เพียงพอสำหรับการบดอย่างมีประสิทธิภาพ. | ตัวแปรหลักคือพลังงานที่ใช้ การเพิ่มความดันจะทำให้ปริมาณการใช้ก๊าซอัดเพิ่มขึ้นอย่างมาก. |
| ความเร็วล้อตัวจำแนก | 1,000-8,000 รอบต่อนาที (ขึ้นอยู่กับการใช้งาน) | ความเร็วที่สูงขึ้น = จุดตัดที่ละเอียดขึ้น ตัวแปรควบคุมหลัก D50. | ควบคุม PSD ได้อย่างแม่นยำที่สุด ปรับได้ทีละ 200-500 รอบต่อนาที และเก็บตัวอย่างหลังจากการเปลี่ยนแปลงแต่ละครั้ง. |
| อัตราการป้อน | 5-60 กก./ชม. (ขึ้นอยู่กับขนาดเครื่องจักร) | อัตราการป้อนที่สูงขึ้น = ผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเล็กน้อย เนื่องจากการสะสมของอนุภาคในโซนการคัดแยกเพิ่มขึ้น. | ตั้งค่าที่ระดับที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว อัตราการป้อนที่ไม่สม่ำเสมอทำให้ขนาดอนุภาคแปรผัน ควรใช้เครื่องป้อนแบบสั่นสะเทือนหรือแบบสกรูที่มีการควบคุม. |
| อัตราการไหลและความบริสุทธิ์ของไนโตรเจน | เหมาะสมกับขนาดของโรงงาน โดยทั่วไปมีความบริสุทธิ์ของ N2 มากกว่า 99.9% | ส่งผลกระทบต่อบรรยากาศในเขตจำแนกประเภท; ความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนไม่เพียงพอทำให้ความชื้นแทรกซึมเข้าไปได้. | สำหรับ NMC 811+ ความบริสุทธิ์ของ N2 ที่ต่ำกว่า 99.5% อาจทำให้เกิดการก่อตัวของไฮดรอกไซด์บนพื้นผิวที่สามารถวัดได้ ควรตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง. |
ขั้นตอนการปรับแต่งมาตรฐานคือ เริ่มจากการตั้งค่าแรงดันการเจียร (กำหนดระดับพลังงานที่เหมาะสมกับความแข็งของวัสดุ) จากนั้นปรับความเร็วของล้อคัดแยกเพื่อให้ได้ค่า D50 ตามเป้าหมาย แล้วจึงปรับอัตราการป้อนเพื่อเพิ่มปริมาณงาน การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ใดๆ จะส่งผลกระทบต่อพารามิเตอร์อื่นๆ เสมอ ดังนั้นควรวัดขนาดอนุภาค (PSD) ของผลิตภัณฑ์หลังจากทำการเปลี่ยนแปลงแต่ละครั้ง และปล่อยให้เครื่องทำงานในสภาวะคงที่ประมาณ 5-10 นาที ก่อนทำการสุ่มตัวอย่าง.
ผลการผลิต: การประยุกต์ใช้วัสดุแคโทดสามประเภท
กรณีศึกษาที่ 1
แคโทด NMC 811 — บรรลุค่า D50 ที่ 7 ไมครอนในระบบวงปิด N2
ข้อกำหนด
ผู้ผลิตแคโทด NMC 811 ที่มีนิกเกิลสูงต้องการขนาดอนุภาค D50 ที่ 7 ไมครอน และ D99 ต่ำกว่า 28 ไมครอน สำหรับการใช้งานในเซลล์แบตเตอรี่พลังงานสูงสำหรับยานยนต์ วัสดุนี้ไวต่อความชื้นมาก การสัมผัสกับความชื้นในบรรยากาศที่สูงกว่า 100 ppm H2O ในระหว่างการบดจะทำให้เกิดการก่อตัวของ Li2CO3 ที่วัดได้บนพื้นผิวอนุภาค ซึ่งจะลดประสิทธิภาพคูลอมบิกในรอบแรก เครื่องบดแบบแยกอากาศที่มีอยู่เดิมผลิตอนุภาคที่มีขนาด D50 9-11 ไมครอน และ D99 สูงกว่า 40 ไมครอน และต้องมีขั้นตอนการอบแห้งแยกต่างหากก่อนและหลังการบดเพื่อควบคุมการดูดซับความชื้น.
วิธีแก้ปัญหา
บริษัท EPIC Powder Machinery ได้จัดหาเครื่องบดแบบเจ็ทชนิดฟลูอิไดซ์เบดพร้อมระบบไนโตรเจนแบบปิด โดยรักษาระดับความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนไว้ที่ 99.9% (H2O ต่ำกว่า 20 ppm) ตลอดวงจรการบด ความเร็วของล้อคัดแยกถูกตั้งไว้ที่ 4,200 รอบต่อนาที และแรงดันการบดที่ 6 บาร์ อัตราการป้อนถูกกำหนดไว้ที่ 18 กก./ชม. เพื่อให้ได้ความละเอียดตามเป้าหมาย.
ผลลัพธ์
ไฟล์ PSD ของผลิตภัณฑ์: D50 7.1 ไมครอน, D99 26 ไมครอน — เป็นไปตามข้อกำหนดในทุกชุดการผลิต
พื้นผิว Li2CO3: วัดโดยวิธีไทเทรชั่นที่ 0.12% ซึ่งอยู่ในช่วงค่าสูงสุดที่ผู้ผลิตเซลล์กำหนดไว้ที่ 0.15% (เทียบกับ 0.31% ในกระบวนการคัดแยกด้วยลมแบบเดิม)
ขั้นตอนการอบแห้งแยกกัน: กำจัดปัญหา — การจัดการความชื้นถูกควบคุมโดยระบบวงจรปิด N2 อย่างสมบูรณ์
อัตราการประมวลผล: อัตราการผลิต 18 กก./ชม. คงที่ตลอดการผลิต 8 ชั่วโมง
กรณีศึกษาที่ 2
แคโทด LFP — การขยายขนาดจากระดับนำร่องสู่การผลิตในขณะที่รักษาค่า D50 ที่ 3.5 ไมครอน
ข้อกำหนด
ผู้ผลิตลิเธียมไอรอนฟอสเฟตรายหนึ่งกำลังแปรรูป LFP สำหรับการใช้งานด้านการจัดเก็บพลังงานในระดับนำร่อง (5 กก./ชม. บนเครื่องบดเจ็ทแบบเกลียว D50 3.8 ไมครอน) และต้องการขยายขนาดการผลิตเป็น 50 กก./ชม. โดยไม่เปลี่ยนแปลงการกระจายขนาดอนุภาคของผลิตภัณฑ์ การขยายขนาดเครื่องบดเจ็ทแบบเกลียวขึ้น 10 เท่าไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากหลักการจำแนกขนาดอนุภาคแบบควบคุมตนเองหมายความว่าการกระจายขนาดอนุภาคจะเปลี่ยนแปลงแบบไม่เป็นเชิงเส้นตามขนาด พวกเขาจึงจำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้เครื่องบดเจ็ทแบบฟลูอิไดซ์เบดในระดับการผลิตและยืนยันว่าสามารถทำซ้ำการกระจายขนาดอนุภาคตามเป้าหมายได้.
วิธีแก้ปัญหา
บริษัท EPIC Powder Machinery ได้ทำการทดลองขยายขนาดการผลิตด้วยเครื่องบดเจ็ทแบบฟลูอิไดซ์เบดในระดับอุตสาหกรรม ณ โรงงานทดสอบของเรา โดยใช้วัตถุดิบ LFP ของลูกค้า ความเร็วของล้อคัดแยกและแรงดันการบดได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ตรงกับขนาดอนุภาคของผลิตภัณฑ์ในระดับนำร่อง ทีมควบคุมคุณภาพของลูกค้าได้เข้าร่วมและเก็บตัวอย่างเพื่อทำการวิเคราะห์ด้วยการเลี้ยวเบนของแสงเลเซอร์และการวิเคราะห์ทางเคมีไฟฟ้าอย่างอิสระ.
ผลลัพธ์
D50 ที่ 50 กก./ชม.: 3.6 ไมครอน — ภายใน 5% ของข้อกำหนดนำร่อง
D99 ที่อัตรา 50 กก./ชม.: 14 ไมครอน — ละเอียดกว่าผลลัพธ์จากเครื่องบดเจ็ทเกลียวขนาดนำร่องที่ 18 ไมครอน (การควบคุมตัวคัดแยกที่ดีกว่าในแบบเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบด)
อัตราการประมวลผล: อัตราการผลิต 50 กก./ชม. คงที่ — ขนาด 10 เท่าของเครื่องชั่งนำร่อง
ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าเคมี: ความสามารถในการจ่ายกระแส (ความจุการคายประจุ 1C) เทียบเท่ากับผลิตภัณฑ์ขนาดนำร่อง ซึ่งได้รับการยืนยันจากการทดสอบเซลล์ของลูกค้า
ลำดับการสั่งซื้ออุปกรณ์: ดำเนินการภายใน 3 สัปดาห์หลังจากการทดลองเสร็จสิ้น
กรณีศึกษาที่ 3
แคโทดแรงดันสูง LNMO — การทดลองนำร่องสำหรับเซลล์รุ่นใหม่
ข้อกำหนด
สถาบันวิจัยแบตเตอรี่แห่งหนึ่งกำลังพัฒนาวัสดุแคโทดลิเธียม นิกเกิล แมงกานีส ออกไซด์ (LNMO) สำหรับเซลล์แรงดันสูงระดับ 5 โวลต์ LNMO มีความแข็งเชิงกลมากกว่า NMC หรือ LFP และมีข้อกำหนดเฉพาะคือ การบดต้องไม่ทำให้โครงสร้างผลึกสปิเนลกลายเป็นอสัณฐาน ซึ่งจะลดระดับแรงดันไฟฟ้า 4.7 โวลต์ของวัสดุและลดความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้า การทดลองก่อนหน้านี้โดยใช้เครื่องบดแบบพินได้ผลิตอนุภาคขนาด D50 8 ไมครอน แต่มีการขยายตัวของยอดพีค XRD ที่วัดได้ ซึ่งบ่งชี้ถึงการเกิดอสัณฐานที่พื้นผิวเนื่องจากแรงกระแทกเชิงกล.
วิธีแก้ปัญหาการทดลองบดด้วยเครื่องบดเจ็ทแบบฟลูอิไดซ์เบดได้ดำเนินการที่โรงงานของ EPIC Powder ในบรรยากาศไนโตรเจนปิด การบดแบบอนุภาคต่ออนุภาคในเครื่องบดเจ็ทนั้นอ่อนโยนกว่าการบดแบบกระแทกด้วยหมุดในแง่ของความเสียหายต่อโครงสร้างผลึก เนื่องจากพลังงานต่อการชนต่ำกว่าและกระจายไปบนพื้นที่สัมผัสที่ใหญ่กว่า แรงดันการบดถูกตั้งค่าอย่างระมัดระวังที่ 5 บาร์ โดยใช้ล้อคัดแยกที่ 5,500 รอบต่อนาทีเพื่อให้ได้ขนาดอนุภาค D50 ที่ 8 ไมครอน.
ผลลัพธ์
D50: 8.2 ไมครอน — ตรงกับเป้าหมายของเครื่องกัดพิน
การขยายตัวของยอดพีค XRD: ตรวจไม่พบ — โครงสร้างผลึกสปิเนลยังคงสภาพสมบูรณ์ เมื่อเทียบกับการขยายตัวที่วัดได้ในตัวอย่างที่บดด้วยเครื่องบดแบบเข็ม
ความจุคงที่ 4.7V: เทียบเท่ากับวัสดุอ้างอิงที่ไม่ได้บดในการทดสอบแบบครึ่งเซลล์
บทสรุป: กระบวนการกัดด้วยเจ็ทได้รับการยืนยันแล้วว่าเป็นกระบวนการผลิตแคโทด LNMO และได้มีการสั่งซื้ออุปกรณ์นำร่องตามมา
การตั้งค่ากระบวนการกัดด้วยเจ็ทสำหรับวัสดุแคโทด: ขั้นตอนปฏิบัติจริง
ขั้นตอนที่ 1: กำหนดข้อกำหนด PSD ของคุณก่อนเลือกโรงกัด
ก่อนระบุอุปกรณ์ โปรดตรวจสอบค่า D50, D97 และ Dmax ที่ต้องการกับผู้ผลิตเซลล์หรือทีมออกแบบอิเล็กโทรดภายในองค์กรของคุณ ตัวเลขเหล่านี้เป็นตัวกำหนดการเลือกประเภทเครื่องบด (แบบเกลียวหรือแบบฟลูอิไดซ์เบด) ช่วงพารามิเตอร์การทำงาน และความจำเป็นในการใช้งานในก๊าซเฉื่อย การระบุเฉพาะค่า D50 อย่างเดียวไม่เพียงพอ — ค่า D97 และ Dmax จะควบคุมความเสี่ยงจากอนุภาคอันตรายและความสม่ำเสมอของสารเคลือบอิเล็กโทรด.
ขั้นตอนที่ 2: ทดลองบดวัตถุดิบของคุณ
วัสดุแคโทดมีความแตกต่างกันอย่างมากในด้านความแข็ง รูปทรงอนุภาค และพฤติกรรมการบด แม้ว่าจะมีองค์ประกอบทางเคมีเดียวกันก็ตาม NMC 811 ที่สังเคราะห์โดยวิธีการตกตะกอนร่วม จะบดได้แตกต่างจาก NMC 622 หรือ NMC 523 ที่ความดันก๊าซเดียวกัน LFP จากวิธีการสังเคราะห์ที่แตกต่างกัน (ไฮโดรเทอร์มอลเทียบกับโซลิดสเตท) จะมีขนาดอนุภาค (PSD) และความต้านทานการบดที่แตกต่างกัน การทดสอบการบดกับวัสดุป้อนจริงของคุณ — ไม่ใช่ตัวอย่างทดแทนทั่วไป — เป็นวิธีเดียวที่เชื่อถือได้ในการกำหนดพารามิเตอร์การทำงานและปริมาณงานที่คุณจะได้รับในระดับการผลิต.
ขั้นตอนที่ 3: กำหนดและจัดทำเอกสารสูตรกระบวนการของคุณ
เมื่อการทดสอบการบดได้ยืนยันพารามิเตอร์ของคุณแล้ว ให้บันทึกพารามิเตอร์เหล่านั้นเป็นสูตรกระบวนการคงที่ ได้แก่ แรงดันการบด ความเร็วของล้อคัดแยก อัตราการป้อน เกณฑ์ความบริสุทธิ์ของไนโตรเจน และอุณหภูมิการทำงานสูงสุดที่อนุญาต กำหนดค่าเหล่านี้เป็นขีดจำกัดกระบวนการในระบบควบคุมของคุณ ประสิทธิภาพของเครื่องบดเจ็ทมีความแม่นยำสูงเมื่อพารามิเตอร์คงที่ โดยทั่วไปแล้วความแปรปรวนของ PSD ระหว่างแต่ละชุดการผลิตจะต่ำกว่า 5% บน D50 สำหรับกระบวนการที่ควบคุมได้ดี.
ขั้นตอนที่ 4: ตรวจสอบความถูกต้องด้วยการทดสอบทางเคมีไฟฟ้า ไม่ใช่แค่ PSD เท่านั้น
การวิเคราะห์ PSD ยืนยันว่าได้บรรลุเป้าหมายขนาดอนุภาคแล้ว แต่ไม่ได้ยืนยันว่ากระบวนการบดไม่ได้ทำให้วัสดุแคโทดเสียหายในด้านอื่น ๆ สำหรับ NMC และ LFP ให้ตรวจสอบอย่างน้อยที่สุดด้วย: ICP-MS สำหรับการปนเปื้อนของโลหะ (Fe, Cr, Ni, Cu ทั้งหมด), ปริมาณคาร์บอเนตบนพื้นผิว (สำหรับ NMC โดยวิธีการไทเทรชั่น), พื้นที่ผิว BET และการทดสอบทางเคมีไฟฟ้าแบบครึ่งเซลล์ (ประสิทธิภาพรอบแรก ความจุ 0.1C และ 1C) เฉพาะเมื่อการทดสอบทั้งสี่ผ่านเกณฑ์ตามข้อกำหนดอ้างอิงของคุณเท่านั้น กระบวนการบดแบบเจ็ทจึงจะมีค่าพื้นฐานที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว.
| ปรึกษาหารือเกี่ยวกับความต้องการด้านการบดละเอียดวัสดุแคโทดของคุณด้วยเครื่องเจ็ทมิลลิ่ง EPIC Powder Machinery ไม่ว่าคุณจะกำลังแปรรูป NMC 811, LFP, LNMO หรือเคมีแคโทดรุ่นใหม่ EPIC Powder Machinery สามารถปรับแต่งเครื่องบดแบบฟลูอิไดซ์เบดหรือแบบเจ็ทเกลียวให้เหมาะสมกับเป้าหมาย D50 ความต้องการก๊าซเฉื่อย และปริมาณการผลิตของคุณได้ เรามีบริการทดสอบการบดฟรีสำหรับวัสดุของคุณ คุณจะได้รับข้อมูล PSD การวิเคราะห์การปนเปื้อน และคำแนะนำในการกำหนดค่าเครื่องบดก่อนตัดสินใจ ส่งเอกสารข้อมูลวัสดุและข้อกำหนดขนาดอนุภาคเป้าหมายของคุณมาให้เรา แล้วเราจะออกแบบกระบวนการที่เหมาะสมให้. ขอรับบริการบดเมล็ดกาแฟทดลองฟรี: www.jet-mills.com/contact ดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องบดเจ็ทสำหรับวัสดุแคโทดของเราได้ที่: www.jet-mills.com |
คำถามที่พบบ่อย
ค่า D50 ทั่วไปที่สามารถทำได้โดยกระบวนการเจ็ทมิลล์สำหรับวัสดุแคโทด NMC และ LFP คือเท่าใด
สำหรับแคโทด NMC เป้าหมาย D50 ทั่วไปในการผลิตคือ 5-12 ไมครอน สำหรับการใช้งานในเซลล์รถยนต์และเซลล์สำหรับผู้บริโภคทั่วไป เครื่องบดแบบเจ็ทในเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์สามารถทำค่า D50 ได้ต่ำกว่า 3 ไมครอนบน NMC หากจำเป็น อย่างไรก็ตาม การผลิตในระดับนี้ไม่เป็นที่นิยม เนื่องจากอนุภาคที่ละเอียดขึ้นจะเพิ่มปฏิกิริยาบนพื้นผิวและอาจเร่งการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ระหว่างการใช้งาน สำหรับ LFP เป้าหมายจะละเอียดกว่า: D50 1-5 ไมครอนสำหรับเกรดมาตรฐาน และ D50 0.5-2 ไมครอนสำหรับ LFP อัตราสูง ขนาด D50 ที่ละเอียดที่สุดที่สามารถทำได้บนเครื่องบดแบบเจ็ทในเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์คือประมาณ 0.5-1 ไมครอน ขึ้นอยู่กับความแข็งของวัสดุและความดันก๊าซ หากต่ำกว่า 1 ไมครอน การใช้พลังงานจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและปริมาณงานจะลดลงอย่างมาก การบดแบบเปียกมักจะประหยัดกว่าในขนาดนี้ เครื่องบดแบบเจ็ทเกลียวมีข้อจำกัดที่ D50 ประมาณ 3-5 ไมครอนสำหรับเคมีแคโทดส่วนใหญ่.
เหตุใดจึงใช้ไนโตรเจนแทนอากาศในการกัดขึ้นรูปวัสดุแคโทดด้วยเจ็ท?
อากาศอัดแห้งเหมาะสำหรับวัสดุแคโทดที่ไม่ไวต่อความชื้น LFP และ LCO มาตรฐานสามารถบดด้วยเจ็ทมิลล์ในอากาศได้โดยไม่เกิดการเสื่อมสภาพอย่างมีนัยสำคัญ ไนโตรเจนจำเป็นสำหรับ NMC ที่มีนิกเกลสูง (NMC 622 ขึ้นไป) ด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรก ความชื้น: NMC 811 และส่วนประกอบที่มีนิกเกลสูงที่คล้ายกันจะทำปฏิกิริยากับ H2O ที่พื้นผิวเพื่อสร้างลิเธียมไฮดรอกไซด์ (LiOH) และลิเธียมคาร์บอเนต (Li2CO3) สารประกอบที่พื้นผิวเหล่านี้จะลดประสิทธิภาพคูลอมบ์ในรอบแรกและขัดขวางการแพร่กระจายของลิเธียมไอออน แม้แต่ความชื้นในบรรยากาศเพียงเล็กน้อยในอากาศอัดที่ความชื้นสัมพัทธ์ 30-60% ก็เพียงพอที่จะทำให้เกิดการก่อตัวของคาร์บอเนตที่พื้นผิวได้ในระดับที่วัดได้ในระหว่างการบด 1-2 ชั่วโมง ประการที่สอง การออกซิเดชัน: ที่อุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นได้ในการบดด้วยแรงดันสูง ส่วนประกอบของแคโทดบางชนิดอาจเกิดการออกซิเดชันที่พื้นผิวในที่ที่มีออกซิเจนซึ่งจะเปลี่ยนสัดส่วนทางเคมีใกล้พื้นผิว ความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนที่ 99.9% (H2O ต่ำกว่า 50 ppm) เป็นข้อกำหนดมาตรฐานสำหรับการบดด้วยเจ็ทของ NMC 811.
กระบวนการบดด้วยเจ็ทสามารถใช้กับวัสดุอิเล็กโทรไลต์ของแข็งและผงแคโทดได้หรือไม่?
ใช่ครับ ด้วยการกำหนดค่าที่เหมาะสม อิเล็กโทรไลต์แข็งประเภทออกไซด์ เช่น LLZO (Li7La3Zr2O12), LATP และ LGPS สามารถแปรรูปได้ด้วยการบดแบบเจ็ทในเตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบด วัสดุเหล่านี้มีความแข็งกว่าวัสดุแคโทดส่วนใหญ่ และต้องการแรงดันการบดที่สูงกว่า (6-8 บาร์) และการตั้งค่าตัวคัดแยกที่ละเอียดกว่าเพื่อให้ได้ขนาดอนุภาค D50 ตามเป้าหมายที่ต้องการ (0.5-3 ไมครอนสำหรับอิเล็กโทรไลต์แข็งในโครงสร้างฟิล์มบาง) ความไวต่อการปนเปื้อนก็สูงกว่าเช่นกัน อิเล็กโทรไลต์แข็งเป็นตัวนำไอออน และแม้แต่การปนเปื้อนของโลหะในระดับ ppm ก็สามารถสร้างเส้นทางลัดวงจรหรือเปลี่ยนแปลงการนำไฟฟ้าไอออนในบริเวณนั้นได้ พื้นผิวสัมผัสเซรามิกทั้งหมด (ไม่มีโลหะใดๆ ในเส้นทางของผลิตภัณฑ์) และความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนที่ได้รับการตรวจสอบแล้วสูงกว่า 99.9% เป็นข้อกำหนดมาตรฐานสำหรับ LLZO และวัสดุที่คล้ายกัน โปรดติดต่อทีมวิศวกรรมของเราเพื่อขอคำแนะนำเกี่ยวกับการกำหนดค่าเฉพาะสำหรับเคมีอิเล็กโทรไลต์แข็งของคุณ.
ผงมหากาพย์
ผงมหากาพย์, มีประสบการณ์มากกว่า 20 ปีในอุตสาหกรรมผงละเอียดพิเศษ ส่งเสริมการพัฒนาผงละเอียดพิเศษในอนาคตอย่างแข็งขัน โดยมุ่งเน้นที่กระบวนการบด การโม่ การคัดแยก และการปรับปรุงคุณสมบัติของผงละเอียดพิเศษ. ติดต่อเรา รับคำปรึกษาฟรีและโซลูชันที่ปรับแต่งได้ตามความต้องการ! ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราทุ่มเทเพื่อมอบผลิตภัณฑ์และบริการคุณภาพสูง เพื่อเพิ่มมูลค่าสูงสุดให้กับกระบวนการแปรรูปผงของคุณ Epic Powder—ผู้เชี่ยวชาญด้านการแปรรูปผงที่คุณไว้วางใจ!
ขอบคุณที่อ่าน ฉันหวังว่าบทความของฉันจะเป็นประโยชน์ โปรดแสดงความคิดเห็นด้านล่าง คุณยังสามารถ ติดต่อ EPIC ตัวแทนลูกค้าออนไลน์ของ Powder เซลดา หากต้องการสอบถามเพิ่มเติม”
- เจสัน หว่อง, วิศวกร