Thiết bị mài nào được sử dụng cho vật liệu cực âm trong pin lithium-ion?

Giới thiệu về quy trình xử lý vật liệu cực âm trong pin lithium-ion

Việc sản xuất các loại pin lithium-ion hiệu suất cao phụ thuộc rất nhiều vào quy trình xử lý chính xác các vật liệu dùng làm cực dương. Những vật liệu này thường bao gồm các hợp chất như oxit lithi-cobalt (LCO), photphat lithi-iron (LFP), oxit lithi-mangan (LMO) và nickel-manganese-cobalt (NMC). Để đảm bảo hiệu suất pin tối ưu, những vật liệu này cần có phân bố kích thước hạt và đặc tính hình thái nhất định. Thiết bị xay dùng trong quá trình sản xuất vật liệu cực dương phải có khả năng làm giảm kích thước hạt một cách đồng nhất, đồng thời vẫn giữ được độ tinh khiết của vật liệu và tính toàn vẹn về cấu trúc.

Vật liệu hoạt tính ở cực âm trải qua nhiều giai đoạn xử lý, trong đó quá trình nghiền là một trong những bước quan trọng nhất. Sự phân bố kích thước hạt một cách hợp lý ảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng pin, khả năng phát điện nhanh, tuổi thọ chu kỳ và độ an toàn của pin. Những hạt quá thô có thể làm giảm mật độ năng lượng, trong khi những hạt quá mịn lại gây khó khăn trong quá trình xử lý và làm giảm mật độ của vật liệu sau khi nghiền. Do đó, thiết bị nghiền lý tưởng phải có khả năng kiểm soát chính xác kích thước hạt cuối cùng, đồng thời giảm thiểu tối đa tình trạng nhiễm bẩn và sự suy giảm chất lượng do nhiệt độ.

Yêu cầu cơ bản đối với quá trình xay nghiền vật liệu cực âm

Kiểm soát Phân bố Kích thước Hạt

Vật liệu cực âm cho pin lithium-ion thường yêu cầu kích thước hạt cuối cùng trong khoảng từ 5 đến 20 micromet (D50), với phân bố kích thước hạt khá hẹp. Thiết bị nghiền phải có khả năng tạo ra các hạt có kích thước đồng đều, với tỷ lệ hạt quá lớn hoặc quá nhỏ ở mức tối thiểu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các vật liệu cực âm có điện áp cao và dung lượng lớn, bởi vì kích thước hạt đồng đều giúp đảm bảo hiệu suất điện hóa tốt hơn và tuổi thọ pin dài hơn.

Kiểm soát Ô nhiễm

Nhiễm kim loại phải được kiểm soát chặt chẽ trong quá trình xay nghiền vật liệu cực âm, bởi ngay cả những lượng kim loại lạ rất nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và độ an toàn của pin. Thiết bị xay nghiền nên sử dụng những vật liệu và thiết kế có khả năng chịu mài mòn tốt, giảm thiểu tối đa tiếp xúc giữa các bộ phận bằng kim loại với nhau, đồng thời trang bị hệ thống tách hiệu quả để loại bỏ mọi tạp chất tiềm ẩn.

Quản lý nhiệt

Nhiều vật liệu cực âm nhạy cảm với nhiệt độ, điều này có thể gây ra sự thay đổi pha hoặc suy giảm chất lượng vật liệu. Các hệ thống làm mát hiệu quả là rất cần thiết để duy trì các đặc tính vật liệu trong quá trình nghiền. Thiết bị nên được thiết kế sao cho giảm thiểu tối đa lượng nhiệt được tạo ra và đảm bảo khả năng làm mát đầy đủ trong suốt quá trình nghiền.

Các loại thiết bị mài dùng cho vật liệu cực âm

Nhà máy xay bằng động cơ phản lực (Jet Mills)

Máy xay phun, đặc biệt là loại máy xay phun trên nền giường lỏng, được sử dụng rộng rãi trong quá trình chế biến vật liệu cátố do khả năng tạo ra các hạt có kích thước nhỏ và phân bố kích thước đều mà không cần tiếp xúc cơ học. Nguyên lý hoạt động của máy xay phun là sử dụng dòng khí có vận tốc cao để tăng tốc các hạt, gây ra va chạm giữa các hạt với nhau và từ đó làm giảm kích thước của chúng. Máy xay phun mang lại khả năng kiểm soát ô nhiễm và quản lý nhiệt tốt, nhưng có thể tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với các loại máy xay cơ học.

Máy xay cơ khí

Có nhiều loại máy xay cơ khí khác nhau được sử dụng trong quá trình chế biến vật liệu cực âm, mỗi loại đều có những ưu điểm riêng phù hợp với các ứng dụng cụ thể:

• Máy xay cốc hình hành tinh (Planetary Ball Mills)Phù hợp cho môi trường phòng thí nghiệm và sản xuất quy mô nhỏ, mang lại hiệu quả giảm kích thước tốt nhưng có nguy cơ gây ô nhiễm.
• Máy nghiền bằng phương pháp mài mòn (Attrition Mills)Hiệu quả trong các ứng dụng nghiền ướt, đem lại khả năng kiểm soát tốt về phân bố kích thước hạt.
• Máy xay rung (Vibratory Mills)Cung cấp quá trình xay nhuyễn hiệu quả, với mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn và giảm nguy cơ ô nhiễm.

Thiết bị được đề xuất cho việc xay nghiền vật liệu cathode

Máy xay siêu mịn dòng SCM (45–5μm)

Đối với các nhà sản xuất vật liệu cực cần kiểm soát chính xác kích thước hạt siêu mịn, sản phẩm của chúng tôi có thể đáp ứng nhu cầu đó.Loạt máy xay siêu mịn SCMĐây là giải pháp tối ưu. Thiết bị này cho ra độ mịn sản phẩm trong khoảng từ 325 đến 2500 mesh (D97 ≤ 5μm), phù hợp đặc biệt với các vật liệu cực điện có hiệu suất cao, nơi việc kiểm soát kích thước hạt dưới mức micromet là điều cần thiết.

Máy xay SCM Ultrafine Mill tích hợp nhiều tính năng tiên tiến, đặc biệt hữu ích cho quá trình chế biến vật liệu pin:

• Hệ thống nghiền hiệu suất caoVới công suất gấp đôi so với các loại máy xay jet và mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn 30%, dòng sản phẩm SCM mang lại nhiều ưu điểm về khả năng vận hành đáng kể trong việc sản xuất vật liệu cực với số lượng lớn.
• Phân loại chính xácBộ phân loại turbo dạng thẳng đứng đảm bảo việc cắt độ lớn hạt một cách chính xác, không gây nhiễm bẩn bởi bột thô, và mang lại chất lượng sản phẩm luôn đồng đều.
• Kiểm soát Ô nhiễmCác bánh xe làm từ vật liệu đặc biệt và vòng mài giúp kéo dài thời gian sử dụng, đồng thời giảm thiểu nguy cơ nhiễm bẩn kim loại.
• Tuân thủ các quy định về môi trườngHiệu suất thu gom bụi theo nguyên lý tần số xung vượt qua các tiêu chuẩn quốc tế, và mức độ ồn luôn giữ ở dưới 75dB.

Với nhiều mẫu máy khác nhau để lựa chọn, từ SCM800 (khả năng xử lý 0,5–4,5 tấn/giờ) đến SCM1680 (khả năng xử lý 5,0–25 tấn/giờ), các nhà sản xuất vật liệu catốt có thể chọn cấu hình phù hợp dựa trên yêu cầu sản xuất của mình, đồng thời đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định cho mọi quy mô lô sản xuất.

Máy xay đứng siêu mịn LUM Ultra-fine Vertical Mill

Đối với các hoạt động đòi hỏi mức độ tự động hóa và độ chính xác cao nhất, chúng tôi…LUM Ultra-fine Vertical MillCung cấp một giải pháp mài nhằm nâng cao chất lượng các vật liệu cực âm. Thiết bị này có khả năng xử lý vật liệu với kích thước đầu vào lên đến 20mm và đạt độ mịn của sản phẩm từ 325 đến 2500 mesh, tương đương với các tiêu chuẩn phức tạp nhất cần thiết cho các công thức cực âm tiên tiến.

Dòng sản phẩm LUM tích hợp nhiều ưu điểm về mặt công nghệ:

• Hệ Thống Kiểm Soát Thông MinhHệ thống tự động hóa dựa trên PLC đảm bảo hoạt động ổn định và chất lượng sản phẩm nhất quán, với sự can thiệp tối thiểu từ người vận hành.
• Phân loại Thiết bị Đa RotorCông nghệ phân loại tiên tiến loại bỏ các hạt thô khỏi sản phẩm cuối cùng.
• Hoạt động Bảo vệ Môi trườngViệc vận hành trong môi trường áp suất âm được niêm phong kín hoàn toàn ngăn chặn sự rò rỉ bụi, giúp duy trì môi trường sản xuất sạch sẽ.
• Thiết kế nghiền hiệu quảThiết kế độc đáo của ống cuộn và đường cong lót tăng cường hiệu quả mài mòn đồng thời giảm mức tiêu thụ năng lượng.

Dụng cụ này có các mẫu như LUM1525 (1,6–11,5 t/h), LUM1632 (2–13,5 t/h) và LUM1836 (2,3–15 t/h), phù hợp với nhiều quy mô sản xuất khác nhau trong khi vẫn đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt đối với vật liệu cực âm của pin lithium-ion.

Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn thiết bị

Đặc tính vật liệu

Các vật liệu cực khác nhau có những đặc tính khác nhau trong quá trình nghiền. Lithium iron phosphate (LFP) thường dễ nghiền hơn so với các vật liệu NMC giàu nickel, vốn có thể đòi hỏi các phương pháp nghiền phức tạp hơn. Độ cứng, hàm lượng ẩm và kích thước hạt ban đầu của nguyên liệu thô cần được xem xét kỹ lưỡng để lựa chọn thiết bị phù hợp.

Quy mô sản xuất

Việc sản xuất ở quy mô phòng thí nghiệm có thể sử dụng những thiết bị khác với những thiết bị được dùng trong các hoạt động sản xuất thương mại. Quá trình chuyển đổi từ giai đoạn nghiên cứu và phát triển (R&D) sang giai đoạn sản xuất hàng loạt đòi hỏi cần phải xem xét cẩn thận về khả năng mở rộng quy mô sản xuất và tính nhất quán giữa các loại thiết bị khác nhau.

Yếu tố liên quan đến chi phí

Tổng chi phí sở hữu bao gồm không chỉ khoản đầu tư ban đầu vào thiết bị mà còn có chi phí tiêu thụ năng lượng, yêu cầu bảo trì và chi phí vật tư thay thế. Những thiết bị có hiệu suất cao hơn và thời gian sử dụng các bộ phận lâu hơn thường mang lại giá trị lâu dài tốt hơn, mặc dù có thể có chi phí ban đầu cao hơn.

Xu hướng phát triển trong lĩnh vực nghiền vật liệu cực âm

Sự phát triển của công nghệ pin lithium-ion tiếp tục thúc đẩy những bước tiến trong thiết bị xay nghiền vật liệu cực dương. Một số xu hướng đang xuất hiện:

• Tích hợp với phân loạiHệ thống kết hợp giữa việc nghiền và phân loại, mang lại khả năng kiểm soát chặt chẽ hơn đối với sự phân bố kích thước hạt.
• Hệ thống giám sát tiên tiếnPhân tích kích thước hạt theo thời gian thực và hệ thống điều khiển phản hồi nhằm nâng cao tính nhất quán của quy trình.
• Tối ưu hóa năng lượngThiết kế thiết bị tập trung vào việc giảm mức tiêu thụ năng lượng cụ thể, đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm.
• Hệ thống mô-đun (Modular Systems)Các cấu hình linh hoạt có thể thích ứng với nhiều loại hóa chất cực âm và các yêu cầu sản xuất khác nhau

Kết luận

Việc lựa chọn thiết bị nghiền phù hợp là rất quan trọng để sản xuất vật liệu cực âm chất lượng cao cho pin lithium-ion. Thiết bị phải đảm bảo kiểm soát chính xác kích thước hạt, đồng thời giữ được độ tinh khiết của vật liệu và các đặc tính cấu trúc. Thiết bị của chúng tôi…Loạt máy xay siêu mịn SCM Series Ultrafine MillvàMáy xay đứng siêu mịn LUM Ultra-fine Vertical MillCác giải pháp tiên tiến được thiết kế đặc biệt nhằm đáp ứng những yêu cầu khắt khe trong sản xuất vật liệu cực âm, kết hợp hiệu suất cao, phân loại chính xác và kiểm soát nhiễm bẩn trong những hệ thống vững chắc và đáng tin cậy.

Khi công nghệ pin không ngừng phát triển, các thiết bị xử lý vật liệu sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc tạo ra các loại vật liệu cực âm thế hệ tiếp theo với các đặc tính hiệu suất được cải thiện. Các nhà sản xuất thiết bị cần tiếp tục đổi mới để đáp ứng những yêu cầu đang thay đổi này, đồng thời vẫn phải giữ được tính hiệu quả về chi phí và độ tin cậy trong hoạt động.