电池技术 实验室研磨机在电池研究、生产、质量控制和回收中的作用
从最初的研究到制造、质量保证和回收流程，RETSCH 实验室研磨机在电池生产价值链的每个阶段都至关重要。
巨型工厂、回收设施和测试实验室依靠 RETSCH 碾磨机对电池组件和电池材料进行均匀化处理，为全面质量分析做好准备。RETSCH 提供一系列解决方案，包括初步破碎、精细研磨、样品分割和通过筛分进行粒度分析。
Applications for battery technology
Read how RETSCH’s crushers, mills and sieve shakers are used for pulverization and size analysis of basic materials, components and recycling fractions.
Unlocking the potential: The role of ball mills in battery technology
This paper provides a comprehensive overview of the general use of ball mills and their application in battery technology. It covers the wide range of ball mill applications throughout the battery manufacturing process, from raw materials to recycling. The benefits of using ball mills are illustrated by ten specific application examples taken from research and quality control. Specific information on the details of the grinding process is provided to give an in-depth understanding of ball mill technology.
缩小电池材料的粒度
活性材料的粒度和粒度分布在很大程度上决定了电池的整体性能，如容量、功率密度、速率能力、能量密度、生命周期稳定性和安全性。RETSCH 样品研磨机可用于镍、锰、钴、含锂材料或石墨等原材料的粒度减小或活性电极材料的去团聚。
降低硅的粒度
在受控气氛和温度下降低 LPS 的粒度
通过湿法研磨降低石墨粒度
电池材料的混合和涂层
电池生产涉及多种混合和涂覆工艺。通常使用搅拌器和涡流混合器等各种设备进行混合；球磨机也适用于混合，尤其是在研究环境中。样品材料在球磨机中持续运动，无论能量输入水平或球的存在与否，都能获得极佳的混合和涂覆效果。
混合
球磨机既适用于浆料的湿法混合，也适用于散装物料的干法混合。干法混合工艺的一个例子是活性阴极材料的生产，这需要精确地按化学计量混合干料。湿法混合工艺，如电极浆料生产，涉及到对材料成分、混合强度、温度变化、粘度变化以及向浆料中添加化学品的顺序等因素的研究。
RETSCH混合研磨机可对能量输入、时间和温度等参数进行全面控制。
RETSCH混合研磨机可对能量输入、时间和温度等参数进行全面控制。此外，它们还提供罐体材料和尺寸的选择、在惰性条件下运行的能力以及同时处理多个样品的能力。
涂层
球磨涂层工艺基于两个基本原则：实现两种材料的均匀混合和对颗粒进行机械涂层。
为了提高电池电极的性能，我们采用了湿涂层和干涂层两种方法。例如，在锂离子电池中，硅颗粒可接受聚合物涂层以提高循环稳定性，或将 LNMO 颗粒包裹在陶瓷层中以提高充电速率。
RETSCH球磨机提供了一种直接、经济、易于扩展的解决方案，从而在其他涂层技术中脱颖而出。
新型电池材料的合成
机械化学合成在电池技术领域尤其流行，可用于生产创新型高纯度电解质、隔膜或多相复合材料，或优化其微观结构。例如，通过无溶剂工艺合成新型固体电解质，或提高其性能和稳定性。另一种应用是环保型回收反应，例如锂离子电池阴极材料的机械化学还原。所有类型的球磨机都适用于机械合成。所涉及的化学物质通常对空气敏感且价格昂贵，因此在小腔罐中进行批量处理（如 RETSCH 混合研磨机）具有优势。
使用 GrindControl 进行过程控制
监控温度和压力对电池材料开发至关重要，可确保在最佳条件下保持材料的完整性。这些参数会影响材料的物理和化学特性，并直接影响其性能。准确控制这些条件对于获得一致的结果和成功扩展生产工艺至关重要。特殊盖子可用于测量容器内的温度和压力。
使用混合研磨机进行 RAMAN 光谱分析
混合研磨机特别适用于现场 RAMAN 光谱分析，可对机械化学反应动力学进行详细研究。MM 400 配有一个可拆卸的底板，底板上有两个开口，RAMAN 光谱仪可通过这两个开口指向透明 PMMA 研磨罐的底部。该研磨机的处理时间长达 99 小时。
在惰性气体环境下工作
处理对气氛敏感的材料的通常程序是在手套箱中装满和打开罐子。也可以使用通气盖来控制或改变密闭罐中的气氛。也可以在手套箱中放置一个完整的行星式球磨仪。
实验室规模的电池回收
1. 碎纸
在回收过程中，粉碎完整或拆卸的电池是第一步。在开发新回收路线的研究过程中，使用 RETSCH 切割机进行小规模粉碎。
圆柱形电池
邮袋细胞
轻质或重质馏分
2. 使用筛分机进行分馏
RETSCH 的 AS 200 系列筛分机适用于分离不同的物料组分，例如黑块、聚合物和金属部件。
3. 回收馏分的样品制备
无论是在研究项目中，还是在现有的大规模回收操作中，分析回收材料碎片的化学成分都是至关重要的。由于这些材料的不均匀性，它们需要机械加工并粉碎成细粉才能进行精确分析。具体来说，聚合物馏分必须经过研磨，以便于微波消解和 ICP-MS 分析，从而对锂、钴、镍和锰等残留金属进行定量。此外，黑色馏分的市场价值受其有价金属（如锂和钴）浓度的影响。为了确保可靠的样品制备，RETSCH 提供了适用于预粉碎和精细研磨任务的各种研磨机。
外壳部件
SM300
60 mm / <4 mm
聚合箔
CryoMill
10 mm / <800 µm
金属箔
MM 500 对照
15 mm / <800 µm
黑色质量
MM 400
2 mm / <300 µm
回收过程中的各种材料碎片，在均质化前后进行后续分析，以确定纯度和市场价值。
电池样品制备分析
通常情况下，材料的分析表征只需要少量样品，从几克到几毫克不等。如果没有适当的样品制备，分析结果将缺乏意义。为确保结果可靠，样品必须具有真正的代表性，即其成分应反映完整的初始材料。这就需要在取样前进行彻底的机械均质，通过研磨和混合消除不均匀性。此外，在样品制备过程中避免将任何污染物带入材料中也至关重要，因为这可能会伪造结果。
X 射线技术的样品制备
- 红土矿中的镍含量
- 硅原料中的铁等杂质
- 石墨化程度
- 回收聚合物部分中的贵金属残留
对于 XRF 光谱分析，样品通常需要研磨到 100 微米的粒度。颚式破碎机和样品分割器用于初步破碎，然后在球磨机或圆盘磨机中进行细磨。最后，压制成颗粒，以获得元素浓度高、表面光滑的压实样品，从而确保最佳的 X 射线可探测性。
PM 100 磨碎前后的氧化锰样品。为了进行 XRF 分析，样品被压制成颗粒状。
对于 XRD，需要更温和的研磨方法和更细的颗粒尺寸，以保持样品的晶格结构。XRD-McCrone 研磨机是实现这一目的的理想选择。
铜矿样品的原始状态（左图）、在罐式破碎机中的预破碎状态（中图）以及用 XRD-Mill McCrone 进行 X 射线衍射分析分子结构的准备状态。
查看我们的互动主题海报，其中包含有关 XRF/XRD 样品制备的视频短片。
RETSCH 用于 XRF 分析样品制备的产品
含金属成分电池材料的样品制备
阳极和阴极的材料分析是质量控制和研究的基本要素。
在锂离子电池中，电极由位于集流器（铝或铜）上的活性材料涂层（金属氧化物或碳基化合物）组成。由于含有金属成分，电极的粉碎具有挑战性。类似的电极粉末和金属成分的材料混合物也出现在回收过程中。大块样品可以使用切割机进行粉碎。要进行精细研磨，可以选择球磨法。不过，必须记住的是，球磨机不会粉碎金属颗粒，而是倾向于压扁金属颗粒。不过，含有金属颗粒的粉末可以在一定程度上被粉碎，特别是在使用低温研磨时。
聚合物材料的样品制备
电池组件中使用的聚合物对机械性能和耐热性有特殊要求；因此，分析其化学成分对于了解其局限性和配制适当的成分至关重要。 切割机用于初步粉碎宏观聚合物部件，通常随后在球磨机中进行粉碎。
CryoKit便于在球磨前进行手动冷冻。此外，RETSCH 还提供配备集成冷却系统的研磨机，如CryoMill和Mixer Mill MM500 control。这些实验室球磨机专为在低温条件下研磨弹性材料而设计。在此过程中，样品会被冷却到极低的温度，而研磨机则会主动将研磨罐保持在-196°C 的稳定温度，从而确保高效和有效的研磨。
使用 CryoKit制备聚合物样品
使用 CryoMill 制备聚合物样品
用 MM 500 对照组制备聚合物样品
3. 回收馏分的样品制备
无论是在研究项目中，还是在现有的大规模回收操作中，分析回收材料碎片的化学成分都是至关重要的。由于这些材料的不均匀性，它们需要机械加工并粉碎成细粉才能进行精确分析。具体来说，聚合物馏分必须经过研磨，以便于微波消解和 ICP-MS 分析，从而对锂、钴、镍和锰等残留金属进行定量。此外，黑色馏分的市场价值受其有价金属（如锂和钴）浓度的影响。为了确保可靠的样品制备，RETSCH 提供了适用于预粉碎和精细研磨任务的各种研磨机。
外壳部件
SM300
60 mm / <4 mm
聚合箔
CryoMill
10 mm / <800 µm
金属箔
MM 500 对照
15 mm / <800 µm
黑色质量
MM 400
2 mm / <300 µm
回收过程中的各种材料碎片，在均质化前后进行后续分析，以确定纯度和市场价值。
选择最合适的磨机
RETSCH 实验室研磨机是电池研究应用和分析前机械样品制备的绝佳选择。产品组合全面，包括颚式破碎机、转子研磨机、切割研磨机、刀式研磨机、球磨机。刀磨机、球磨机、砂磨机和辅助设备，具有卓越的多功能性和易用性。
例如，RETSCH 球磨机就是为满足研究要求而设计的。它们可在手套箱内操作，允许在可控气氛下处理，并配有通气盖和安全封闭装置，以确保研磨罐的安全运输。为了在研磨过程中控制热条件，某些型号还提供温度控制。球磨机可适应各种罐子尺寸和材料。
RETSCH为特定应用选择最佳设备提供全面的建议。为方便用户选择，每种球磨机型号的特点和优势都以图表的形式展示出来。从下面的示例中不难看出，行星式球磨仪 PM 300 与混合式球磨仪 MM 500 相比，在功率、最终细度和最大罐体容积方面更具优势，而混合式球磨仪 MM 500 则更易于操作、用途更广，并能在加工过程中控制温度。
带主动温度控制的实验室球磨机
在球磨机中处理材料时，经常会产生超过 80°C 的高温，这可能会对处理对温度敏感的样品产生负面影响。可能需要冷却甚至冷冻样品材料，以促进粒度减小、防止团聚、保持样品完整性以进行后续分析或控制机械化学反应。温度升高的主要原因是罐内的冲击和摩擦效应，并受到研磨机设计及其散热能力的影响。RETSCH 通过提供具有主动温度控制选项的球磨机来考虑这些因素，从而在研磨过程中保持较低的罐内温度或冷冻样品以防止脆化。
EMAX
MM 500 Control
CRYOMILL
Emax 配备了集成冷却系统，具有设定最高温度的功能，可在运行过程中自动中断冷却。
MM 500 控制装置可在运行过程中通过水、乙二醇或液氮等热流体持续冷却罐子。这样，最低温度可达到 - 100 °C，也可以对罐子进行加热。
CryoMill 具有集成冷却系统，可在研磨前和研磨过程中持续用液氮冷却研磨罐，最大冷却温度可低至 -196°C ；
VERDER SCIENTIFIC 解决方案
True to our guiding principle ENABLING PROGRESS, Verder Scientific can assist you in the development, production and recycling of batteries. Under our umbrella we combine the know-how of five renowned developers and manufacturers of scientific equipment:
CARBOLITE, ELTRA, QATM, RETSCH and MICROTRAC are among the leading specialists in their respective fields of activity which are Heat Treatment, Elemental Analysis, Materialography & Hardness Testing, Milling & Sieving and Particle Characterization.
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电池技术 - 常见问题
RETSCH 实验室研磨机在电池研究和生产中的作用是什么？
RETSCH 实验室研磨机在电池生产价值链的每个阶段都至关重要，从最初的研究到制造、质量保证和回收过程。尤其是球磨机在新型电池材料系统的创新中发挥着重要作用。
RETSCH 碾磨机是否适合碾磨电池材料？
是的，RETSCH 碾磨机非常适合碾磨电池材料，特别是考虑到它们在惰性气氛、温度控制和低温条件下工作所提供的先进选项。它们可用于机械合成、混合过程和样品制备中的粒度减小。RETSCH 种类齐全的研磨机还可用于电池回收，进行小规模粉碎或样品制备分析。这些功能使 RETSCH 碾磨机具有很强的适应性，可有效满足电池材料加工的特殊要求。
RETSCH 碾磨机在实验室规模的电池回收中是如何应用的？
在电池回收方面，RETSCH 提供的解决方案包括粉碎完整或拆卸的电池、使用筛分机进行分馏，以及对回收馏分进行样品制备以便进行化学分析。
RETSCH 实验室研磨机如何为电池研究和材料科学做出贡献？
RETSCH 提供专为电池材料的开发、分析和回收而设计的实验室研磨机和筛分机。我们的设备有助于机械化学合成、精确的粒度减小以及有效的混合和涂层工艺。惰性气氛功能、温度控制选项以及 GrindControl Process 监控等功能可满足电池技术研究的特殊需求。此外，RETSCH 还提供专家咨询和进入应用实验室的机会，帮助研究人员选择适合其研究的工具。
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