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砂磨机在固态电池应用中的关键作用解析

发布时间:2019-12-3 来源:管理员 浏览:次
        砂磨机是目前物料适应性广、先进、效率高的研磨设备,研磨腔狭窄,拨杆间隙小,研磨能量密集,配合高性能的冷却系统和自动控制系统,可实现物料连续加工连续出料,极大的提高了生产效率。
  
  当前主流锂电池使用液态电解质,存在起火等安全隐患,且特定体积内能够储存的能量有限,用固态电解质替换传统锂离子电池中的有机液态电解质可以极大缓解安全问题,且有望突破能量密度的“玻璃天花板”,固态电池应运而生。固态电池,是一种使用固体正负极和固体电解质,不含有任何液体,所有材料都由固态材料组成的电池。据预测,2020年固态电池技术研发有望取得突破性进展,在成本、能量密度和生产过程等方面进一步赶超锂离子电池技术。
  
  固态电池的生产当然也离不开砂磨机,下面我们以石榴石结构固体电解质为例,介绍砂磨机在固态电池中的应用。
  
  Ta掺杂Li7La3Zr2O12(Ta-LLZO)石榴石结构固体电解质具备室温电导率高,对金属锂稳定和可在空气环境下制备等优点,是下一代高安全性固态电池的固体电解质材料的候选者之一。其结构中Ta5+取代Zr4+引入Li空位,一方面稳定立方相,另一方面提高电导率。在众多制备Ta-LLZO粉体的方法中,固相反应法(SolidStateReaction,SSR)是最实用的可大规模生产预烧粉的方法。在压制成型和烧结之前,一般会将预烧粉研磨至亚微米级以提高其烧结活性。
 
  
  图F为一个典型的砂磨后的Ta-LLZO颗粒的STEM照片。经过砂磨的细颗粒表面较为粗糙,对其中白色虚线框标记的区域做选区电子衍射(SAED),结果如图G所示。电子衍射花样为展宽明显的多晶德拜环,最亮的环对应于晶面间距为0.31nm的(240)面。该面间距比纯Ta-LLZO粉体和H+交换后的Ta-LLZO晶格中的数值大。说明砂磨后的细Ta-LLZO颗粒表面和内部晶格变形并多晶化。图H为颗粒表面的HRTEM原子排列图像。该图像表明,Ta-LLZO在极小的畴区内(1~2nm)有序排列,但不同畴区的排列完全是无序的,进一步证实了砂磨颗粒的多晶化,利于后续烧结。

  
  F:Ta-LLZO颗粒的STEM

  
  G:Ta-LLZO颗粒的Ta-LLZO颗粒的照片

  
  H:Ta-LLZO颗粒表面的HRTEM原子排列图像
  
  由此可见,固态电解质的制备工艺更加精细化,对粉体粒度的要求也更高,传统的球磨设备不足以满足其要求,所以生产固态电解质离不开砂磨机。
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