Quel est le processus de broyage de l'électrode négative ?

Dans le processus de préparation de la batterie au lithium électrode négative matériaux, le broyage est l'une des étapes les plus critiques. Les matériaux de l'électrode négative sont responsables du stockage et de la libération d'énergie, impactant fortement des indicateurs clés tels que l'efficacité du premier cycle et la performance en cycle. En tant que première étape dans la préparation de matériaux d'électrode négative de haute qualité, le broyage établit fondamentalement la performance du matériau.
Généralement, le broyage réduit la taille des particules solides à l'aide d'équipements mécaniques. Les matériaux volumineux sont cassés en morceaux plus petits, qui sont ensuite broyés en poudres plus fines. Des broyeurs mécaniques et des broyeurs à jets d'air peuvent être utilisés pour broyer les matériaux de graphite.

Les matériaux carbonés et leurs produits sont composés de particules de tailles différentes. La taille, la quantité, les propriétés physiques et chimiques, la forme et l'état de surface des particules de graphite influencent considérablement le processus de fabrication de la batterie et ses performances. L'image suivante est un graphique typique de la distribution de la taille des particules de graphite. La distribution suit une loi normale, et le graphique montre une forme de « pic ».

Graphite artificiel

Pour les particules de graphite artificiel, la distribution idéale de la taille des particules suit une loi normale.
Dans le graphique de la taille des particules, la distribution normale apparaît sous forme d'une structure symétrique. Lorsque la structure du « pic » est étroite, cela indique une taille de particule uniforme, avec des écarts constants entre les particules de graphite. Cela améliore la surface de contact entre les matériaux actifs et l'électrolyte, renforçant ainsi le coefficient de diffusion des ions lithium.
En même temps, la distribution de la taille des particules de graphite influence directement le processus de la boue de la batterie et la densité d'énergie volumétrique. Une taille de particule appropriée peut augmenter la teneur en solide, réduire la difficulté de revêtement, et permettre aux particules plus petites de remplir les espaces entre les plus grosses. Cela contribue à augmenter la densité de compactage de l'électrode et à améliorer la densité d'énergie volumétrique de la batterie.

Lors de la préparation du graphite artificiel pour les électrodes négatives, il est crucial de choisir le bon équipement de broyage. Nous sélectionnons l'équipement en fonction des exigences du processus et des caractéristiques du matériau. Pour le coke calciné, nous utilisons généralement des méthodes de broyage mécanique. Comme l'asphalte est doux et très visqueux, l'utilisation de broyeurs mécaniques peut facilement provoquer des blocages et endommager l'équipement. Par conséquent, nous optons généralement pour des broyeurs à jets d'air pour broyer l'asphalte.

En général, parmi les données de taille des particules de graphite artificiel (D10, D50, D90), nous nous concentrons principalement sur la valeur D50. La relation entre D10, D50 et D90 peut fournir des informations précieuses. Bien que les indicateurs de taille des particules offrent une référence, ils ne doivent pas être le seul critère de performance. Nous devons également analyser et évaluer d'autres données, telles que SEM, XRD, tests électrochimiques et la densité tapée. Cela permet d'orienter l'amélioration et l'optimisation du processus.

Graphite naturel

Le graphite naturel, en tant que source clé de matériaux négatifs pour batteries au lithium-ion, est largement utilisé dans les batteries de puissance et le stockage d'énergie en raison de ses réserves abondantes, de son faible coût et de sa structure en couches stable. Cependant, la structure en flocons, la teneur en impuretés et la morphologie des particules du graphite naturel influencent fortement ses performances électrochimiques. Par conséquent, son processus de broyage doit trouver un équilibre entre le contrôle de la taille des particules, la préservation de la structure et l'amélioration de la pureté.

Après l'extraction, le minerai de graphite naturel se présente généralement sous forme de blocs ou de particules grossières, nécessitant un broyage pour produire des matériaux d'électrode négative de taille micronique (10-25 μm).
Les objectifs principaux du processus incluent :

• Délaminage de la structure stratifiée: Utilisation de la force mécanique pour séparer les couches de graphite, exposant une surface active plus grande et améliorant l'efficacité de l'insertion/extraction du lithium-ion.
• Contrôle de la distribution de la taille des particules: Optimisation du D50 (taille moyenne des particules) et du D90 (limite supérieure de la taille des particules 90%) pour réduire la contrainte d'expansion volumétrique lors des cycles de charge et de décharge.
• Élimination des impuretés: Le graphite naturel contient souvent des impuretés minérales comme le quartz et l'argile, qui doivent être réduites par des processus de tri et de concassage pour diminuer la teneur en ions métalliques (par exemple, Fe < 50 ppm).
• Protection structurelle: Éviter un concassage excessif pouvant endommager la structure cristalline du graphite, ce qui empêcherait une réduction de la conductivité.

Processus de concassage du graphite naturel

Prétraitement et purification

• Concassage grossier et flottation: La roche brute est d'abord concassée en 5-10 mm à l'aide d'une concasseur à mâchoires, suivie d'une flottation pour éliminer les impuretés comme le quartz et la mica, augmentant la teneur en carbone à ≥99%.
• Purification à haute température: Certains graphite naturel à haute teneur en soufre nécessitent un traitement à des températures supérieures à 2800°C pour éliminer les impuretés volatiles (comme le soufre et l'oxygène), atteignant une pureté en carbone de plus de 99.95%.

Concassage primaire :

Après le prétraitement, le graphite naturel entre dans un équipement de concassage grossier, comme une concasseur à mâchoires ou une concasseur à marteaux. Pendant le processus de concassage grossier, il est essentiel de contrôler strictement les paramètres de fonctionnement de l’équipement. En général, le graphite naturel est concassé à une gamme de taille de particules de 10-50 mm.

Broyage fin et classification：

Si un broyeur à boulets est utilisé, le type et le rapport de taille des médias de broyage, le ratio boule/matière, ainsi que des paramètres tels que la vitesse du broyeur et le temps de broyage doivent être ajustés précisément en fonction des caractéristiques de la matière première et de la taille de particules cible.
Si un broyeur à jet d'air est utilisé, il est important de contrôler des paramètres tels que la pression de l'air, le débit et la vitesse d'alimentation pour assurer que le graphite naturel est broyé uniformément à la taille de particules souhaitée sous l'action du flux d'air.
Après le broyage, les particules de graphite naturel sont classées à l'aide d'équipements de classification. Les équipements de classification courants incluent les séparateurs cycloniques et les classificateurs d'air. Ces dispositifs utilisent les caractéristiques de mouvement des particules dans le flux d'air pour trier les particules de graphite naturel en différentes qualités en fonction de la taille des particules, en collectant les produits qui répondent à la gamme de taille de particules cible.

Conclusion

La qualité du processus de broyage de l'électrode négative influence la capacité de la batterie, sa durée de vie et sa sécurité. Un processus de qualité assure une distribution uniforme des matériaux négatifs, en harmonie avec les autres composants. Un broyage fin et un contrôle strict de la taille des particules permettent un meilleur stockage du lithium-ion, améliorant la densité énergétique et augmentant l'autonomie. Un processus raisonnable réduit la dégradation de la capacité lors des cycles de la batterie, prolongeant la durée de service. Éviter les impuretés et assurer une taille de particule cohérente peut réduire les risques pour la sécurité, tels que les courts-circuits et la surchauffe.

En conclusion, le processus de broyage de l'électrode négative est crucial dans la fabrication des batteries au lithium.
De l'analyse des matières premières, au choix de l'équipement, en passant par le contrôle du processus et la performance du produit, chaque étape est interconnectée. L'optimisation continue de ce processus pose les bases pour des batteries au lithium haute performance, à longue durée de vie et sûres. Cela stimule le développement de l'industrie des batteries pour les nouvelles énergies.

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