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砂磨機在固態(tài)電池應用中的關鍵作用概述
發(fā)布時間：2020-01-12
來源：TGM 瀏覽：次
砂磨機是目前物料適應性廣、先進、效率高的研磨設備，研磨腔狹窄，撥桿間隙小，研磨能量密集，配合高性能的冷卻系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)物料連續(xù)加工連續(xù)出料，極大的提高了生產(chǎn)效率。
當前主流鋰電池使用液態(tài)電解質(zhì)，存在起火等安全隱患，且特定體積內(nèi)能夠儲存的能量有限，用固態(tài)電解質(zhì)替換傳統(tǒng)鋰離子電池中的有機液態(tài)電解質(zhì)可以極大緩解安全問題，且有望突破能量密度的“玻璃天花板”，固態(tài)電池應運而生。固態(tài)電池，是一種使用固體正負極和固體電解質(zhì)，不含有任何液體，所有材料都由固態(tài)材料組成的電池。據(jù)預測，2020年固態(tài)電池技術研發(fā)有望取得突破性進展，在成本、能量密度和生產(chǎn)過程等方面進一步趕超鋰離子電池技術。
固態(tài)電池的生產(chǎn)當然也離不開砂磨機，下面我們以石榴石結構固體電解質(zhì)為例，介紹砂磨機在固態(tài)電池中的應用。
Ta摻雜Li7La3Zr2O12（Ta-LLZO）石榴石結構固體電解質(zhì)具備室溫電導率高，對金屬鋰穩(wěn)定和可在空氣環(huán)境下制備等優(yōu)點，是下一代高安全性固態(tài)電池的固體電解質(zhì)材料的候選者之一。其結構中Ta5+取代Zr4+引入Li空位，一方面穩(wěn)定立方相，另一方面提高電導率。在眾多制備Ta-LLZO粉體的方法中，固相反應法（SolidStateReaction,SSR）是最實用的可大規(guī)模生產(chǎn)預燒粉的方法。在壓制成型和燒結之前，一般會將預燒粉研磨至亞微米級以提高其燒結活性。
圖F為一個典型的砂磨后的Ta-LLZO顆粒的STEM照片。經(jīng)過砂磨的細顆粒表面較為粗糙，對其中白色虛線框標記的區(qū)域做選區(qū)電子衍射（SAED），結果如圖G所示。電子衍射花樣為展寬明顯的多晶德拜環(huán)，最亮的環(huán)對應于晶面間距為0.31nm的(240)面。該面間距比純Ta-LLZO粉體和H+交換后的Ta-LLZO晶格中的數(shù)值大。說明砂磨后的細Ta-LLZO顆粒表面和內(nèi)部晶格變形并多晶化。圖H為顆粒表面的HRTEM原子排列圖像。該圖像表明，Ta-LLZO在極小的疇區(qū)內(nèi)（1~2nm）有序排列，但不同疇區(qū)的排列完全是無序的，進一步證實了砂磨顆粒的多晶化，利于后續(xù)燒結。
F:Ta-LLZO顆粒的STEM
G:Ta-LLZO顆粒的Ta-LLZO顆粒的照片
H:Ta-LLZO顆粒表面的HRTEM原子排列圖像
由此可見，固態(tài)電解質(zhì)的制備工藝更加精細化，對粉體粒度的要求也更高，傳統(tǒng)的球磨設備不足以滿足其要求，所以生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)離不開砂磨機。
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