Tehnologia bateriilor Rolul morilor de laborator în cercetarea, producția și controlul calității și reciclarea bateriilor
De la cercetarea inițială până la fabricare, asigurarea calității și procesele de reciclare, morile de laborator RETSCH sunt indispensabile în fiecare etapă a lanțului valoric al producției de baterii. Morile cu bile joacă un rol fundamental în cercetarea și dezvoltarea bateriilor, contribuind semnificativ la inovația sistemelor de materiale avansate pentru baterii. Gigafabricile, facilitățile de reciclare și laboratoarele de testare se bazează pe morile RETSCH pentru omogenizarea componentelor și materialelor bateriilor, pregătindu-le pentru analiza detaliată a calității. RETSCH oferă o gamă de soluții care include zdrobirea inițială, măcinarea fină, divizarea probelor și analiza dimensiunii particulelor prin sitare.
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.
Reducerea dimensiunii particulelor materialelor de baterii
Dimensiunea particulelor și distribuția dimensiunii particulelor materialelor active definesc semnificativ performanța generală a bateriei, precum capacitatea, densitatea de putere, capacitatea de încărcare, densitatea de energie, stabilitatea ciclului de viață și siguranță. Morile de laborator RETSCH sunt utilizate pentru reducerea dimensiunii particulelor materiilor prime precum nichel, mangan, cobalt, materiale care conțin litiu sau grafit, sau pentru dispersarea materialelor active ale electrozilor.
Reducerea dimensiunii particulelor de siliciu
Reducerea dimensiunii particulelor de LPS sub atmosferă și temperatură controlată.
Reducerea dimensiunii particulelor de grafit prin măcinare umedă.
Mixarea și acoperirea materialelor pentru baterii.
Producția de baterii implică o gamă largă de procese de omogenizare și acoperire. O varietate de echipamente, cum ar fi agitatoarele și mixerele vortex, sunt utilizate în mod obișnuit pentru amestecare; morile cu bile pot fi, de asemenea, potrivite, în special în mediile de cercetare. Mișcarea continuă a materialului de probă într-o moară cu bile, indiferent de nivelul de energie introdus sau de prezența bilelor, conduce la rezultate excelente de omogenizare și acoperire.
Omogenizare
Morile cu bile sunt potrivite atât pentru omogenizarea umedă a suspensiilor, cât și pentru omogenizarea uscată a materialelor vrac. Un exemplu de proces de omogenizare uscată este producția de materiale active pentru catod, care necesită o amestecare stoichiometrică precisă a ingredientelor uscate. Procesele de omogenizare umedă, precum producția de suspensii pentru electrozi, implică analiza unor factori precum compoziția materialului, intensitatea amestecării, variațiile de temperatură, modificările de vâscozitate și ordinea adăugării substanțelor chimice în suspensie.
Morile mixer RETSCH oferă control complet asupra parametrilor precum energia, timpul și temperatura. În plus, ele oferă o selecție de materiale și dimensiuni pentru incinte, posibilitatea de a funcționa în condiții inerte și capacitatea de a gestiona simultan multiple probe.
Acoperire
Procesul de acoperire în moara cu bile se bazează pe două principii fundamentale: obținerea unui amestec omogen de două materiale și acoperirea mecanică a particulelor. Acest lucru se realizează prin generarea de efecte de impact care facilitează aderarea materialului de acoperire la suprafața particulelor. Atât metodele de acoperire umedă, cât și cele uscate sunt utilizate pentru a îmbunătăți performanța electrozilor de baterie. De exemplu, în bateriile litiu-ion, particulele de silicon pot fi acoperite cu un strat de polimer pentru a crește stabilitatea ciclurilor, iar particulele de LNMO pot fi învelite într-un strat ceramic pentru a mări viteza de încărcare. În cazul bateriilor zinc-aer, particulele anodice sunt acoperite cu sticlă de beriliu pentru a îmbunătăți capacitatea de reîncărcare. Morile cu bile RETSCH se remarcă față de alte tehnologii de acoperire prin furnizarea unei soluții simple, eficiente din punct de vedere al costurilor și ușor de extins.
Sinteza de noi materiale pentru baterii
Sinteza mecanico-chimică a devenit deosebit de populară în domeniul tehnologiei bateriilor, unde este utilizată pentru producerea de eletroliți inovatori, separatori sau compozite multifazice de înaltă puritate, precum și pentru optimizarea microstructurii acestora. De exemplu, sinteza electroliților solizi printr-un proces fără solvenți sau îmbunătățirea performanței și stabilității acestora. O altă aplicație este în reacțiile de reciclare prietenoase cu mediul, cum ar fi reducerea mecanico-chimică a materialului catodic pentru bateriile litiu-ion. Toate tipurile de mori cu bile sunt potrivite pentru sinteza mecanică. Substanțele chimice implicate sunt de obicei sensibile la aer și costisitoare, astfel încât procesarea în loturi în incinte mici- disponibile pentru Morile Mirxer de la Retsch- este avantajoasă
Controlul procesului cu GrindControl
Monitorizarea temperaturii și a presiunii este esențială în dezvoltarea materialelor pentru baterii, pentru a asigura condiții optime de menținere a integrității materialului. Acești parametri influențează proprietățile fizice și chimice ale materialelor și afectează direct performanța acestora. Controlul precis al acestor condiții este indispensabil pentru obținerea unor rezultate constante și pentru a permite scalarea cu succes a proceselor de producție. Sunt disponibile capace speciale pentru a măsura temperatura și presiunea în interiorul incintei.
Spectroscopia RAMAN cu morile mixer
Morile mixer sunt deosebit de potrivite pentru spectroscopia RAMAN in situ, permitând studiul detaliat al cineticii reacțiilor mecano-chimice. Moara Mixer MM400 este echipată cu o placă de bază detașabilă care are două deschideri prin care spectrometrul RAMAN este orientat spre baza incintelor de măcinare transparente din PPMA. Moara oferă timpi de procesare de până la 99 de ore.
Lucrul în atmosferă inertă
The usual process for handling atmosphere-sensitive materials is to fill and open the jars in the glove box. Aeration lids can also be used to control or change the atmosphere in the closed jar. It is also possible to house a complete planetary ball mill in a glove box.
Reciclarea bateriilor la scară de laborator.
1. Mărunțire
În reciclare, mărunțirea bateriilor complete sau demontate reprezintă unul dintre primii pași. În cadrul proceselor de cercetare destinate dezvoltării unor noi metode de reciclare, mărunțirea la scară mică se efectuează folosind mori cu cuțit RETSCH.
Celule cilindrice
Celule Pouch
Fracțiune de masă redusă sau crescută.
2. Fracționare cu mașini de sitat.
Mașinile de sitat, precum seria AS 200 de la RETSCH, sunt adecvate pentru separarea diferitelor fracțiuni de materiale, cum ar fi masa neagră, componentele polimerice și cele metalice.
3. Pregătirea probelor din fracțiunile de reciclare
Atât în proiectele de cercetare, cât și în operațiunile de reciclare la scară largă, analiza compoziției chimice a fracțiunilor de material reciclat este esențială. Datorită naturii neomogene a acestor materiale, ele necesită procesare mecanică și măcinare în pulberi fine pentru o analiză precisă. În mod specific, fracțiunile de polimeri trebuie măcinate pentru a facilita descompunerea cu microunde și analiza ICP-MS, permițând cuantificarea metalelor reziduale precum litiu, cobalt, nichel și mangan. Mai mult, valoarea de piață a fracțiunii negre este influențată de concentrația metalelor valoroase, cum ar fi litiul și cobaltul. Pentru a asigura pregătirea fiabilă a probelor, RETSCH oferă o selecție cuprinzătoare de mori potrivite atât pentru pre-zdrobire, cât și pentru măcinare fină.
Housing parts
SM300
60 mm / <4 mm
Folie Polimerică
CryoMill
10 mm / <800 µm
Folie Metalică
MM 500 control
15 mm / <800 µm
Masa neagră
MM 400
2 mm / <300 µm
Diferite fracțiuni de material ale unui proces de reciclare, înainte și după omogenizare pentru analiza ulterioară în vederea determinării purității și valorii de piață.
Pregătirea probelor de baterii pentru analiză.
Caracterizarea analitică a materialelor necesită, de obicei, doar o cantitate mică, variind de la câteva grame la miligrame. Fără o pregătire adecvată a probei, rezultatele analizei vor fi lipsite de relevanță. Pentru a obține rezultate fiabile, este esențial ca proba să fie reprezentativă, astfel încât compoziția ei să reflecte materialul inițial în întregime. Acest lucru necesită o omogenizare mecanică minuțioasă, prin măcinare și amestecare, pentru a elimina neomogenitățile înainte de prelevarea probelor. În plus, este vital să se evite introducerea de contaminanți în material pe parcursul pregătirii probei, deoarece aceștia pot afecta rezultatele analizei.
Pregătirea probei pentru tehnicile cu raze X.
- conținutul de nichel din minereurile de laterit
- impurități precum fierul în materia primă de siliciu
- gradul de grafitizare
- reziduuri de metale prețioase în fracția de polimer reciclat
Pentru spectroscopia XRF, probele trebuie, de obicei, măcinate până la dimensiuni ale particulelor <100 µm. Concasoarele cu fălci și divizoarele de probe sunt utilizate pentru pre-măcinare, urmate de măcinarea fină într-o moară cu bile sau disc. În final, se presează un peleți pentru a produce o probă compactată cu o concentrație ridicată de elemente și o suprafață netedă, asigurând detectabilitatea optimă a razelor X.
Probă de oxid de mangan înainte și după procesul de măcinare în PM 100. Pentru analize XRF, proba este presată într-o presă.
Pentru XRD, este necesară o metodă de măcinare mai blândă și dimensiuni ale particulelor chiar mai fine pentru a păstra structura de rețea cristalină a probei. Moara XRD-McCrone este ideală pentru acest scop.
Proba de minereu de cupru în forma sa inițială (stânga), pre-măcinat cu un concasor cu fălci (mijloc) și pregătit cu XRD- Moara McCrone pentru analiza structurii moleculare prin difracție de raze X.
Vizualizați posterul nostru interactiv cu videoclipuri scurte despre pregătirea probelor pentru XRF/XRD.
Echipamente Retsch pentru pregătirea probelor în vederea analizei XRF
Pregătirea probelor de materiale pentru baterii cu componente metalice
Analiza materialelor anodice și catodice este un element fundamental al controlului calității și cercetării. Înțelegerea compoziției, structurii și proprietăților acestor componente esențiale este crucială pentru optimizarea performanței, capacității și duratei de viață a bateriilor.
Într-o baterie litiu-ion, un electrod constă într-un strat de material activ (oxid metalic sau compus pe bază de carbon) aplicat pe un colector de curent (aluminiu sau cupru). Datorită componentelor metalice, fragmentarea electrozilor prezintă dificultăți. Amestecuri similare de pulbere de electrod și componente metalice se întâlnesc în procesele de reciclare. Probele de dimensiuni mari pot fi măcinate folosind o moară tăietoare. Pentru măcinarea fină, măcinarea cu bile poate fi o opțiune. Totuși, trebuie avut în vedere că morile cu bile nu zdrobesc, ci tind să aplatizeze particulele metalice. Cu toate acestea, pulberile care conțin particule metalice pot fi măcinate într-o anumită măsură, mai ales când se aplică măcinarea criogenică.
Pregătirea probelor de materiale polimerice
Polimerii utilizați în componentele bateriilor au cerințe specifice pentru rezistența mecanică și termică; prin urmare, analiza compoziției lor chimice este esențială pentru a înțelege limitările lor și pentru a formula compoziția adecvată. Morile tăietoare sunt utilizate pentru măcinarea inițială a pieselor polimerice macroscopice, de obicei urmată de măcinarea într-o moară cu bile. În ambele cazuri, poate fi necesar să răcirea probei în azot lichid pentru a asigura o măcinare eficientă.
Probă de polimer pregaătită cu CryoKit
Probă de polimer pregătită cu CryoMill
Probă de polimer pregătită cu MM 500 control
3. Pregătirea probelor din fracțiunile de reciclare
Atât în proiectele de cercetare, cât și în operațiunile de reciclare la scară largă, analiza compoziției chimice a fracțiunilor de material reciclat este esențială. Datorită naturii neomogene a acestor materiale, ele necesită procesare mecanică și măcinare în pulberi fine pentru o analiză precisă. În mod specific, fracțiunile de polimeri trebuie măcinate pentru a facilita descompunerea cu microunde și analiza ICP-MS, permițând cuantificarea metalelor reziduale precum litiu, cobalt, nichel și mangan. Mai mult, valoarea de piață a fracțiunii negre este influențată de concentrația metalelor valoroase, cum ar fi litiul și cobaltul. Pentru a asigura pregătirea fiabilă a probelor, RETSCH oferă o selecție cuprinzătoare de mori potrivite atât pentru pre-zdrobire, cât și pentru măcinare fină.
Housing parts
SM300
60 mm / <4 mm
Folie Polimerică
CryoMill
10 mm / <800 µm
Folie Metalică
MM 500 control
15 mm / <800 µm
Masa neagră
MM 400
2 mm / <300 µm
Diferite fracțiuni de material ale unui proces de reciclare, înainte și după omogenizare pentru analiza ulterioară în vederea determinării purității și valorii de piață.
Selecția celei mai potrivite mori de măcinare
RETSCH laboratory mills are an excellent choice for battery research applications and for mechanical sample preparation prior to analysis. The comprehensive portfolio, including jaw crushers, rotor mills, cutting mills, knife mills, ball mills, mortar grinders and auxiliary devices, offers exceptional versatility and ease of use.
RETSCH ball mills, for example, are designed to meet research requirements. They are operable within a glove box and allow for handling controlled atmospheres, with aeration lids and a safety closure device to ensure secure transportation of the grinding jars. To manage thermal conditions during the milling process, some models offer temperature control. The ball mills accommodate a variety of jar sizes and materials.
RETSCH offers comprehensive advice on selecting the best equipment for a specific application. To facilitate the selection process the features and strengths of each ball mill model are visualized in a graph. In the below examples, it is easy to see that the Planetary Ball Mill PM 300 offers advantages in terms of power, final fineness and maximum jar volume compared to the Mixer Mill MM 500 control, which in turn offers easier handling, versatility and the ability to control the temperature during the process.
Morile cu bile de laborator cu control activ al temperaturii.
Procesarea materialelor în morile cu bile generează adesea temperaturi ridicate, care depășesc 80°C, afectând negativ procesul atunci când se lucrează cu probe sensibile la temperatură. Răcirea sau chiar înghețarea materialelor de probă poate fi necesară pentru a facilita reducerea dimensiunii, a preveni aglomerarea, a menține integritatea probei pentru analize ulterioare sau pentru a controla reacțiile mecanochimice. Creșterea temperaturii este cauzată în principal de efectele de impact și frecare din interiorul recipientului și este influențată de designul morii și de capacitatea acesteia de a disipa căldura. RETSCH ține cont de acești factori prin oferirea de mori cu bile cu opțiuni de control activ al temperaturii pentru a menține temperaturi scăzute în recipient în timpul măcinării sau pentru a îngheța probele pentru fragilizare.
EMAX
MM 500 Control
CRYOMILL
Emax este echipat cu un sistem de răcire integrat și oferă funcționalitatea de a seta o temperatură maximă, rezultând pauze automate de răcire în timpul funcționării.
M 500 control răcește continuu recipientele în timpul funcționării cu fluide termice, precum apă, glicol sau azot lichid. În acest mod, se poate atinge o temperatură minimă de -100 °C, fiind posibilă și încălzirea incintelor.
CryoMill dispune de un sistem de răcire integrat care răcește continuu recipientul de măcinare cu azot lichid, înainte și în timpul procesului de măcinare, pentru o răcire maximă până la -196°C.
VERDER SCIENTIFIC Solutions
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.
Contact us for a free consultation
Filialele noastre, împreună cu o reţea vastă de companii şi agenţii înrudite din peste 80 de ţări, pun la dispoziţie, la nivel mondial, consultanţă de specialitate privind produsele şi aplicaţiile noastre, precum şi servicii de reparaţii comprehensive.
Tehnologia bateriilor - FAQ
Care este rolul morilor de laborator RETSCH în cercetarea și producția bateriilor?
Morile de laborator RETSCH sunt esențiale pentru fiecare etapă a procesului de producție al bateriilor, de la cercetarea inițială până la fabricare, asigurarea calității și procesele de reciclare. În special morile cu bile au un rol semnificativ în dezvoltarea materialelor inovatoare pentru baterii.
Sunt morile RETSCH potrivite pentru măcinarea materialelor pentru baterii?
Morile RETSCH sunt ideale pentru măcinarea materialelor destinate bateriilor, datorită opțiunilor avansate pe care le oferă: lucru în atmosferă inertă, controlul temperaturii și condiții criogenice. Acestea sunt utilizate pentru reducerea dimensiunii particulelor în sinteza mecanică, procesele de mixare și pregătirea probelor. Gama diversificată de mori RETSCH permite utilizarea acestora în reciclarea bateriilor prin măcinarea la scară mică sau pregătirea probelor pentru analiză. Aceste caracteristici fac ca morile RESTCH să fie foarte versatile și eficiente pentru cerințele specifice ale procesării materialelor pentru baterii.
Cum sunt utilizate morile RETSCH în reciclarea bateriilor la scară de laborator?
Pentru reciclarea bateriilor, RETSCH oferă soluții care includ măcinarea bateriilor complete sau demontate, fracționarea cu mașini de sitat și pregătirea probelor din fracțiunile de reciclare pentru analize chimice.
Cum contribuie morile de laborator RETSCH la cercetarea bateriilor și la știința materialelor?
RETSCH oferă mori de laborator și mașini de sitat concepute pentru dezvoltarea, analiza și reciclarea materialelor pentru baterii. Echipamentele noastre facilitează sinteza mecanochimică, reducerea precisă a dimensiunii particulelor și procese eficiente de mixare și acoperire. Caracteristicile precum capacitatea de a funcționa în atmosferă inertă, opțiuni de control al temperaturii și monitorizarea procesului cu GrindControl sunt adaptate pentru cercetarea în tehnologia bateriilor. RETSCH oferă consultanță de specialitate și acces în laboratoarele de aplicații, ajutând cercetătorii să aleagă echipamentele potrivite aplicațiilor lor.
Rapoarte aplicaţii / Articole Revistă
From Graphite Powder to Graphite Power
Graphite plays a vital role as an electrode material in batteries, fuel cells, capacitors, and numerous industrial applications such as lubricants, conductive coatings, and composites. In battery technology, graphite particle size is a key determinant of battery capacity, cycle life, rate capability, and overall performance. Optimizing particle size and distribution is therefore critical for battery design and manufacturing. This joint report combines the expertise of Retsch, Microtrac, and Sugino to provide a comprehensive overview of graphite grinding, dispersion, and particle size analysis - supporting a deeper understanding of the entire process chain from milling and dispersion to analytical evaluation.
How Cyclone Separators Redefine Efficiency and Cleanliness in the Lab
Cyclone separators deliver substantial benefits when used with mills in laboratory settings. While cutting mills or rotor mills are already frequently operated with a cyclone, also jaw crushers and disc mills benefit greatly from this setup. By using a cyclone, it is even possible to combine two mills directly: for example, a two-stage grinding process with a jaw crusher and a disc mill can be completed in a single step.
Modernes Batterierecycling
Die Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe ist in Zeiten steigender Nachfrage und knapper Ressourcen wichtiger denn je. Im Zuge des Ausbaus der Elektromobilität werden künftig große Mengen alter Autobatterien auf eine sinnvolle Verwendung warten. Lesen Sie, wie moderne Aufbereitungsund Analysentechniken dabei helfen können, das Batterierecycling zukunftssicher zu gestalten.