砂磨機是目前物料適應性最廣、最為先進、效率最高的研磨設備,研磨腔最為狹窄,撥桿間隙最小,研磨能量最密集,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,極大的提高了生產效率。
當前主流鋰電池使用液態(tài)電解質,存在起火等安全隱患,且特定體積內能夠儲存的能量有限,用固態(tài)電解質替換傳統(tǒng)鋰離子電池中的有機液態(tài)電解質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,不含有任何液體,所有材料都由固態(tài)材料組成的電池。據預測,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)電池的生產當然也離不開砂磨機,下面我們以石榴石結構固體電解質為例,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晶格中的數值大。說明砂磨后的細Ta-LLZO顆粒表面和內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(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,所以生產固態(tài)電解質離不開砂磨機。