格瑞德曼：電池材料的樣品制備解決方案

隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)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(chē)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的背景下，電池技術(shù)的進(jìn)步已然成為推動(dòng)行業(yè)前行的關(guān)鍵力量，新能源汽車(chē)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、各科研院以及車(chē)企的熱點(diǎn)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(chē)型對鋰離子電池類(lèi)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(jià)格較高，對環(huán)境有毒、安全性較差、容量相對較低等缺點(diǎn)，大大限制了其廣泛的應用和長(cháng)遠的發(fā)展，因此，這類(lèi)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(jià)格便宜，對環(huán)境污染小等特點(diǎn)。但尖晶石結構很難保持完整性，循環(huán)性差，這類(lèi)電池多應用于電動(dòng)自行車(chē)。

磷酸鐵鋰電池：主要為磷酸鐵鋰材料，原料豐富，價(jià)格低廉，對環(huán)境友好，循環(huán)性能非常好，安全性能特別高等特點(diǎn)使其最先在電動(dòng)汽車(chē)上得到應用。但體積能量密度低，溫度適應性差等缺點(diǎn)，限制了其進(jìn)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(yōu)勢就是能量密度高。它可以通過(guò)調整正極材料中鎳的占比，來(lái)提高電池能量密度。高能量密度同時(shí)也帶來(lái)了高風(fēng)險，它的穩定性相對較差，發(fā)生燃燒事故的可能性也較高。

為了制備出高質(zhì)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(shí)驗事半功倍。根據我們以往服務(wù)過(guò)的部分客戶(hù)案例，結合實(shí)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(shí)驗參考。

案例一：

用戶(hù)：鋰辰科技

樣品：石墨

材料性質(zhì)：脆性

使用儀器：臼式研磨儀MG200

研磨套件材質(zhì)：瑪瑙材質(zhì)

制備要求：達到5微米

研磨時(shí)間：10分鐘

石墨是常見(jiàn)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(chēng)為是"手動(dòng)研缽的自動(dòng)化儀器"，操作簡(jiǎn)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(guān)察燈，可隨時(shí)查看樣品的研磨狀況

5、程序設置完成后，無(wú)需人員監護

在電池材料類(lèi)樣品制備中，固態(tài)電解質(zhì)是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池技術(shù)，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(hù)：中國科學(xué)院大學(xué)

樣品：固態(tài)電解質(zhì)

樣品性質(zhì)：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(shí)間：15min

出樣尺寸：D90＜27微米

處理量：?jiǎn)未翁幚砹繛?00g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(guò)測試離子電導率和XRD，觀(guān)察其電化學(xué)性能和結構，后續進(jìn)行組裝全電池的測試。

行星式球磨儀BM20

除了可以制備固態(tài)電解質(zhì)材料外，行星式球磨儀亦可以針對磷酸鐵鋰電池材料進(jìn)行高效率的制備，其研究方向主要是通過(guò)研究材料的納米化來(lái)提高磷酸鐵鋰電池的能量密度，而納米化對環(huán)境要求比較高，因此在部分實(shí)驗條件下，實(shí)驗人員通常要求在手套箱內操作。在實(shí)驗的過(guò)程中，就需要選配帶有通氣蓋和緊固環(huán)的研磨罐。

(行星式球磨儀BM40)

帶有通氣蓋和緊固環(huán)的研磨罐

在實(shí)際應用中，行星式球磨儀有多個(gè)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(gè)研磨平臺，可同時(shí)研磨2份、4份、或8份樣品，能快速實(shí)現亞微米級的研磨細度。之所以能受到眾多客戶(hù)的喜愛(ài)，得益于其實(shí)用、安全、便捷的優(yōu)異性能：

1、研磨室自動(dòng)通風(fēng)系統，可用于研磨罐冷卻；

2、可自動(dòng)反向轉動(dòng)；

3、智能的安全門(mén)鎖，可保障儀器操作的安全性；
4、 采用人體工程學(xué)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(shí)間，在實(shí)驗過(guò)程中可以自行運轉，而無(wú)需人員監護；

6、人性化的鎖緊裝置和開(kāi)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(dòng)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(lèi)樣品制備的“寵兒"，在研磨罐的自動(dòng)識別、安裝、取出和轉速性能上，都是傳統型球磨儀無(wú)法達到的效果。

1、研磨腔門(mén)可自動(dòng)關(guān)閉；

2、離心加速度，研磨轉速可達2200轉；

3、可識別研磨罐材質(zhì)；

4、研磨罐RFID自動(dòng)識別和定位功能，確保儀器安全運行；

5、可自動(dòng)安裝、定位和鎖緊，無(wú)需人工手動(dòng)操作；

6、嵌入式研磨罐設計，操作簡(jiǎn)單方便。

(小型高能行星式球磨儀NM200)

而高能振動(dòng)球磨儀GT600Dual，和傳統的行星式球磨儀相比，工作原理有顯著(zhù)不同，它主要是通過(guò)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，其優(yōu)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(dòng)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(jià)格便宜，對環(huán)境污染小等特點(diǎn)，但尖晶石結構很難保持完整性，循環(huán)性差，這類(lèi)電池多應用于電動(dòng)自行車(chē)。此類(lèi)材料屬于中硬性的，用戶(hù)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(hù)：中芯能

樣品：錳酸鋰

樣品性質(zhì)：中硬性

使用儀器：超離心研磨儀FM200

轉刀：12齒轉刀

轉刀材質(zhì)：鈦制

篩網(wǎng)：0.08mm篩網(wǎng)

篩網(wǎng)材質(zhì)：鈦制

設定轉速：18000rpm

研磨時(shí)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(wú)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(wǎng)控制

4、多樣化的配件可滿(mǎn)足豐富的產(chǎn)品應用

為了達到更好的研磨效果，我們建議搭配自動(dòng)進(jìn)樣器和旋風(fēng)分離器來(lái)使用，不僅可以實(shí)現連續進(jìn)樣，亦可實(shí)現連續收集。

每款研磨儀都不是萬(wàn)能的，選擇適合的就是適合的，如您想要了解更多鋰電池材料樣品制備的解決方案，請聯(lián)系格瑞德曼公司！