应用案例 | 球磨仪在锂电池行业的应用

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在各类3C消费电池产品、日常工具、新能源汽车和储能设备等都可以看到锂电池的身影，在人们的日常娱乐、交通出行等活动中充当着重要的角色。目前锂电池已发展成一个成熟的、规模庞大的产业，但对其的研究仍在不断增加投入。

图1 各种类型的电池产品

从研究制造到质量控制，实验室球磨仪在电池生产的价值链中发挥着至关重要的作用。首先，各式各样的球磨仪被用于锂电池材料的研究和开发，实验室球磨仪还可用于工厂的小规模实验生产。在大规模生产过程中，搅拌球磨仪，振动球磨仪或连续水平球磨仪是更常见的设备，但实验室球磨仪也是生产或废旧锂电池循环回收利用环节中不可或缺的设备，被用于质量控制的制备分析用样品。

图2 莱驰产品家族锂电池

电极材料使用镍、钴、锰等原材料制备。这些材料需要经过粉碎才能进一步加工成活性材料，即使是生产出来的活性电极材料，有时也需要进行粉碎和均质化，例如烧结后用作电极的NMC粉末。活性材料的颗粒尺寸和分布极大地决定电池的整体性能，如容量、功率密度、充放电能力、能量密度、寿命和安全性等。

应用实例 01硅粉末颗粒细化

硅容纳锂离子的能力是石墨的10倍，因此被用作锂电池负极的基本材料，或以碳硅符合材料的形式添加到石墨负极中。使用莱驰高能球磨仪Emax和莱驰混合球磨仪MM 500 Nano，硅的颗粒度均可减小至0.5 μm，如下图所示。最终的粒度和粒度分布取决于球磨仪研磨参数的设置。

图4 莱驰混合球磨仪MM 500 Nano及研磨参数

图5 莱驰高能球磨仪Emax和研磨参数

图6 研磨后获得的硅粉

应用实例 02研磨石墨的不同方法

石墨是常见的锂电池负极材料，但也用于其他类型的电池，如碱性电池和锌碳电池，以及燃料电池和电容器。石墨粉的粒度和粒度分布式电极设计中的一个重要指标，因为它会影响电池的整体性能。
由于石墨是一种固体润滑剂，具有低摩擦特性，因而研磨石墨具有很大的挑战性。下面介绍使用莱驰球磨仪研磨石墨材料的三种方法。方法一干法研磨

图7 使用莱驰行星式球磨仪PM 400研磨石墨工艺

石墨样品材料的初始粒度为50 μm。如果石墨以粗粒形式存在，则必须在实验室球磨机中进行处理之前对材料进行预粉碎，例如在转子研机或颚式破碎机中进行预粉碎。在干法研磨过程中，30 g的样品材料在行星式球磨机 PM 400 中进行处理，球机装在一个 250 ml的碳化钨研磨罐中，并配有 600 g直径为3 mm的研磨球。每 15 分钟停止研磨 15 分钟，让样品冷却。经过10 个小时的研磨，颗粒尺寸减小到d90= 20 μm。方法二湿法研磨

图8 使用莱驰行星式球磨仪PM100湿法研磨石墨工艺

在湿法研磨过程中，将50 g石墨粉与 300 ml直径为1 mm的研磨球一起放入 500 ml氧化锆罐中的PM 100 行星球中进行研磨。大约 130 ml异丙醇用于溶解。在 450 转/分的转速下研磨8小时后，粒径减小到d90=13 µm。在此过程中，行星式球磨仪也会停止运转，让样品冷却下来。方法三使用高能球磨仪湿法研磨
图9 使用莱驰高能球磨仪Emax湿法研磨石墨工艺

用 Emax 研磨5 g初始粒度为50 μm的石墨粉。在该装置中，一个50 ml的氧化锆罐中装有样品材料、110 g直径为1 mm 的球和大约 13 ml的异丙醇。研磨速度为2,000 rpm，粒度减小到d90=1.7 µm。

图10 使用行星式球磨仪PM100和高能球磨仪Emax湿法研磨石墨效果对比

莱驰的多款球磨仪均可能胜任石墨材料的精细研磨任务，无法采用湿法还是干法研磨制样效果均可达到微米级。使用高能球磨仪Emax效果和效率俱佳，湿法研磨的情况下最终出样尺寸可达到1.7 μm；1 h的制样效果就能达到行星式球磨仪8 h的效果。

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