Батарейная технология Роль лабораторных мельниц в исследовании, производстве, контроле качества и утилизации аккумуляторов
От первоначальных исследований до процессов производства, обеспечения качества и рециркуляции лабораторные мельницы Retsch играют решающую роль на каждом этапе производственно-сбытовой цепочки производства аккумуляторов. Шаровые мельницы играют важную роль в исследованиях и разработках аккумуляторов, играя важную роль в инновациях новых систем производства аккумуляторных материалов.
Заводы Giga, предприятия по рециркуляции и испытательные лаборатории используют мельницы Retsch для гомогизации компонентов аккумуляторов и аккумуляторных материалов, подготавливая их к всестороннему анализу качества. Retsch предлагает ряд решений, включая первоначальное дробление, тонкое Шлифование, деление образцов и Анализ Размера Частиц через просеивание.
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.
Unlocking the potential: The role of ball mills in battery technology
This paper provides a comprehensive overview of the general use of ball mills and their application in battery technology. It covers the wide range of ball mill applications throughout the battery manufacturing process, from raw materials to recycling. The benefits of using ball mills are illustrated by ten specific application examples taken from research and quality control. Specific information on the details of the grinding process is provided to give an in-depth understanding of ball mill technology.
Уменьшение размеров частиц аккумуляторных материалов
Размер частиц и Распределение по размеру частиц активных материалов существенно определяют общую производительность батареи, такую как ёмкость, плотность Потребляемой мощности, скорость, плотность энергии, стабильность жизненного цикла и безопасность. Retsch пробоотборные мельницы используются для уменьшения размера частиц сырья, такого как никель, марганец, кобальт, литий-содержащий материал или графит, или для деагломерации активных электродных материалов.
Particle size reduction of silicon
Particle size reduction of LPS under controlled atmosphere and temperature
Particle size reduction of graphite through wet grinding
Смешивание и покрытие аккумуляторных материалов
Производство батарей включает широкий спектр процессов смешивания и нанесения покрытий. Для смешивания обычно используется различное оборудование, например, мешалки и вихревые смесители; Шаровые мельницы также могут быть пригодны, особенно в исследовательских условиях. Непрерывное перемещение материала для проб на шаровой мельнице, независимо от уровня энергозатрат или наличия шариков, приводит к отличным результатам смешивания и нанесения покрытий.
Смешение
Шаровые мельницы подходят как для мокрого смешивания навозной жижи, так и для сухого смешивания сыпучих материалов. Примером процесса сухого смешивания является производство активных катодных материалов, что требует точного стехиометрического смешивания сухих ингредиентов. Процессы мокрого смешивания, такие как производство электродной жижи, включают в себя исследование таких факторов, как состав материала, интенсивность смешивания, колебания температуры, изменения вязкости и последовательность добавления Химикатов в навозную жижу.
Retsch смесительные мельницы обеспечивают полный контроль над такими параметрами, как энергозатраты, время и температура. Кроме того, они обеспечивают выбор материалов и размеров банок, возможность работы в инертных условиях и возможность обработки нескольких образцов одновременно.
Лакокраска
Процесс нанесения покрытий на шаровые мельницы основан на двух основополагающих принципах: получение однородной смеси из двух материалов и механическое нанесение покрытий на частицы. Это достигается путем создания ударных эффектов, которые облегчают сцепление материала покрытия с поверхностью частиц.
Для улучшения характеристик аккумуляторных электродов используются как мокрые, так и сухие методы нанесения покрытий. Например, в литий-ионных аккумуляторах частицы кремния могут получать полимерное покрытие для повышения стабильности цикла, или частицы LNMO могут быть окутаны керамическим Слоем для увеличения скорости зарядки. В случае цинк-воздушных батарей частицы анода покрываются бериллиевым стеклом для улучшения перезаряжаемости.
Retsch Шаровые мельницы выделяются среди других технологий нанесения покрытий простым, экономичным и легко масштабируемым решением.
Синтез новых аккумуляторных материалов
Mechanochemical synthesis has become particularly popular in the field of battery technology, where it is used to produce innovative electrolytes, separators or multiphase composites of high purity or to optimize their microstructure. For example, synthesizing novel solid electrolytes through a solvent-free process or improving their performance and stability. Another application is in environmentally-friendly recycling reactions such as the mechanochemical reduction of cathode material for lithium-ion batteries. All types of ball mills are suitable for mechanical synthesis. The chemicals involved are typically air-sensitive and expensive, so batch processing in small-cavity jars - as available for RETSCH Mixer Mills - is advantageous.
Process control with GrindControl
Мониторинг температуры и давления имеет решающее значение при разработке аккумуляторных материалов для обеспечения оптимальных условий для сохранения целостности материала. Эти параметры влияют на физические и химические свойства материалов и непосредственно влияют на их эксплуатационные свойства. Точный контроль этих условий имеет важное значение для достижения стабильных результатов и обеспечения успешного масштабирования производственных процессов. Для измерения температуры и давления внутри сосуда имеются специальные крышки.
RAMAN Spectroscopy with Mixer Mills
MM 400 оснащен съёмной нижней пластиной, через которую спектрометр RAMAN направляет на дно прозрачных банок для Шлифования PMMA. Мельница предлагает время обработки до 99 часов.
Working under inert atmospheres
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.
Утилизация аккумуляторов в лабораторных масштабах
1. Shredding
В переработке одним из первых этапов является измельчение аккумуляторов в комплекте или в разобранном виде. В исследовательских процессах по разработке новых маршрутов переработки мелкомасштабное измельчение выполняется с использованием Резки мельниц Retsch.
Cylindrical cells
Pouch cells
Lightweight or heavy fraction
2. Fractionation with sieving machines
Sieving machines like RETSCH's AS 200 series are suitable for the separation of different material fractions, for example black mass, polymeric and metallic parts.
3. Sample preparation of recycling fractions
In both research projects and established large-scale recycling operations, analyzing the chemical composition of recycled material fractions is essential. Due to the inhomogeneous nature of these materials, they require mechanical processing and pulverization into fine powders for accurate analysis. Specifically, polymer fractions must be ground to facilitate microwave digestion and ICP-MS analysis, enabling the quantification of residual metals like lithium, cobalt, nickel, and manganese. Moreover, the market value of the black fraction is influenced by its concentration of valuable metals, such as lithium and cobalt. To ensure reliable sample preparation, RETSCH offers a comprehensive selection of mills suited for both pre-crushing and fine grinding tasks.
Housing parts
SM300
60 mm / <4 mm
Polymeric foil
CryoMill
10 mm / <800 µm
Metal foil
MM 500 control
15 mm / <800 µm
Black mass
MM 400
2 mm / <300 µm
Различные материальные фракции процесса рециркуляции, до и после гомогенизации для последующего анализа с целью определения чистоты и рыночной стоимости.
Проба для подготовки аккумуляторов к анализу
Как правило, для аналитической характеристики материалов требуется лишь небольшое количество, от нескольких граммов до миллиграммов. Без надлежащей подготовки проб результаты анализа не будут иметь значения. Для обеспечения надежных результатов проба должна быть действительно репрезентативной, т.е. ее состав должен отражать полный первоначальный материал. Это требует тщательной механической гомогенности для устранения неоднородностей путем Шлифования и смешивания до отбора проб. Кроме того, крайне важно избегать попадания каких-либо загрязнителей в материал в ходе подготовки проб, поскольку это может фальсифицировать результаты.
Образец подготовки к рентгеновским методам
див>Рентгенофлуоресцентная спектроскопия (РФС) и рентгеновская дифракция (РРД) являются широко используемыми методами анализа в аккумуляторной технике, применяемыми на протяжении всего жизненного цикла батареи - от минералов до активных аккумуляторных материалов и продуктов распада. Эти методы являются ключевыми для оценки химического состава и структурных характеристик материалов, включая идентификацию и количественное определение различных элементов и соединений, таких как
- содержание никеля в латеритных рудах
- примеси, такие как железо в кремниевом сырье
- степень графитизации
- остатки драгоценных металлов во вторичной полимерной фракции
Для ХРФ-спектроскопии образцы, как правило, должны быть размолоты до размеров частиц <100 мкм. Челюстные дробилки и разделители образцов используются для первоначального дробления, а затем для тонкого Шлифования на шаровой или Дисковой мельнице. Наконец, гранулы прессуют, чтобы получить уплотненный образец с высокой концентрацией элементов и гладкой поверхностью, обеспечивая оптимальную рентгеновскую детектацию.
Sample of manganese oxide before and after the milling process in the PM 100. For XRF analysis the sample is pressed into a pellet.
Для XRD требуется более щадящий метод Шлифования и ещё более мелкие размеры частиц, чтобы сохранить кристаллическую структуру решётки образца. XRD-McCrone Mill идеально подходит для этой цели.
Copper ore sample in its original state (left), pre-crushed in a jar crusher (middle) and prepared with XRD-Mill McCrone for the analysis of molecular structure with X-ray diffraction.
Просмотрите наш Интерактивный тематический плакат с короткими видео о подготовке образцов для XRF/XRD.
Retsch продукты для подготовки проб для анализа XRF
Образец подготовки аккумуляторных материалов с металлическими компонентами
Анализ материалов анодов и катодов является основополагающим элементом контроля качества и исследований. Понимание состава, структуры и свойств этих ключевых компонентов необходимо для оптимизации производительности, емкости и срока службы батареи.
В литий-ионной батарее электрод состоит из покрытия активного материала (оксида металла или соединения на основе углерода) на токосъемнике (алюминий или медь). Из-за металлической составляющей коммутация электродов является сложной задачей. Аналогичные смеси материалов электродного порошка и металлических компонентов встречаются в процессах рециркуляции. Крупные образцы могут быть перегнойны по ссылке Режущая мельница. Для тонкого Шлифования шаровая мельница может быть вариантом. Однако необходимо помнить, что Шаровые мельницы не дробят, а склонны сглаживать частицы металла. Однако порошки, содержащие частицы металла, могут быть перегнойны до определенной степени, особенно при применении криогенного Шлифования.
Образец подготовки полимерных материалов
Полимеры, используемые в компонентах аккумуляторов, предъявляют особые требования к механической и термической стойкости, поэтому анализ их химического состава необходим для понимания их ограничений и составления соответствующего состава. Резка мельницы используются для первоначального дробления макроскопических полимерных деталей, как правило, с последующей пульверизацией в шаровой мельнице. В обоих случаях может потребоваться охрупчивание образца в жидком азоте для обеспечения эффективной пульверизации.
CryoKit облегчает ручную заморозку перед шаровым фрезерованием. Кроме того, Retsch предоставляет мельницы, оснащенные интегрированной системой охлаждения, такие как CryoMill/link> и Вибрационная мельница MM500 control. Эти лабораторные Шаровые мельницы разработаны специально для Шлифование эластичных материалов в криогенных условиях. В ходе этого процесса образец охлаждается до экстремально низких температур, в то время как мельница активно поддерживает Шлифование банку при стабильной температуре -196°C, обеспечивая эффективное и действенное Шлифование.
Образец полимера, подготовленный с помощью ссылка 203 - внутренняя ссылка "Открывает внутреннюю ссылку в текущем окне">Криокомплект
Образец полимера, подготовленный с помощью ссылка 666857 - внутренняя ссылка "Открывает внутреннюю ссылку в текущем окне">CryoMill
Образец полимера, подготовленный с помощью ссылка 3331236 - внутренняя-ссылка "Открывает внутреннюю ссылку в текущем окне">MM 500 control
3. Sample preparation of recycling fractions
In both research projects and established large-scale recycling operations, analyzing the chemical composition of recycled material fractions is essential. Due to the inhomogeneous nature of these materials, they require mechanical processing and pulverization into fine powders for accurate analysis. Specifically, polymer fractions must be ground to facilitate microwave digestion and ICP-MS analysis, enabling the quantification of residual metals like lithium, cobalt, nickel, and manganese. Moreover, the market value of the black fraction is influenced by its concentration of valuable metals, such as lithium and cobalt. To ensure reliable sample preparation, RETSCH offers a comprehensive selection of mills suited for both pre-crushing and fine grinding tasks.
Housing parts
SM300
60 mm / <4 mm
Polymeric foil
CryoMill
10 mm / <800 µm
Metal foil
MM 500 control
15 mm / <800 µm
Black mass
MM 400
2 mm / <300 µm
Различные материальные фракции процесса рециркуляции, до и после гомогенизации для последующего анализа с целью определения чистоты и рыночной стоимости.
Выбор наиболее подходящей мельницы
Лабораторные мельницы RETSCH являются отличным выбором для применения в исследованиях аккумуляторов и для механической подготовки проб перед анализом. Комплексный портфель, включая челюстные дробилки, роторные мельницы, режущие мельницы, ножевые мельницы, шаровые мельницы, растворные шлифовальные машины и вспомогательные устройства, обеспечивает исключительную универсальность и удобство использования.
Шаровые мельницы RETSCH, например, разработаны для удовлетворения потребностей исследований. Они функционируют в пределах бардачка и позволяют работать с контролируемой атмосферой с аэрационными крышками и предохранительным запорным устройством для обеспечения безопасной транспортировки банок. Для управления термическим режимом в процессе фрезерования некоторые модели предлагают температурный режим. Шаровые мельницы вмещают различные размеры и материалы банок.
RETSCH предлагает исчерпывающие консультации по выбору наилучшего оборудования для конкретного применения. Для облегчения процесса выбора каждой модели шаровых мельниц на графике легко увидеть, что Planetary Mall дает преимущества в плане тонкости, конечной мощности и максимального объема по сравнению с MMiller, что в свою очередь облегчает управление температур
Лабораторные Шаровые мельницы с активным регулированием температуры
Обработка материалов на Шаровых мельницах часто приводит к высоким температурам, превышающим 80°C, что может негативно повлиять на процесс работы с чувствительными к температуре образцами. Охлаждение или даже заморозка образцов материалов может потребоваться для облегчения уменьшения размеров, предотвращения агломерации, сохранения целостности образца для последующего анализа или для контроля механохимических реакций. Повышение температуры происходит главным образом из-за ударного и фрикционного эффекта в банке и зависит от конструкции мельницы и ее способности отводить тепло. Retsch учитывает эти факторы, предлагая Шаровые мельницы с активными возможностями регулирования температуры для поддержания низких температур банок во время Шлифования или заморозки образцов для охрупчивания.
EMAX
MM 500 Control
CRYOMILL
Emax оснащён интегрированной системой охлаждения и обеспечивает возможность установки максимальной температуры, что приводит к автоматическим перерывам охлаждения во время работы.
MM 500 control постоянно охлаждает банки во время работы с термальными жидкостями, такими как вода, гликоль или жидкий азот. Таким образом, можно достичь минимальной температуры −100 °C, а также нагревать банки.
CryoMill оснащен интегрированной системой охлаждения, которая постоянно охлаждает банку для Шлифования жидким азотом до и во время процесса Шлифования для максимального охлаждения до -196°C.
VERDER SCIENTIFIC Растворы
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.
Свяжитесь с нами для получения бесплатной консультации
Продукты и услуги RETSCH доступны через глобальную сеть дочерних компаний и дистрибьюторов. Наши сотрудники будут рады помочь Вам с любыми возникшими вопросами.
Батарейная технология - Часто задаваемые вопросы
What is the role of RETSCH laboratory mills in battery research and production?
RETSCH laboratory mills are crucial at every stage of the battery production value chain, from initial research through to manufacturing, quality assurance, and recycling processes. Especially ball mills play a significant role in the innovation of new battery material systems.
Are RETSCH mills suitable for grinding battery materials?
Yes, RETSCH mills are highly suitable for grinding battery materials, especially given the advanced options they offer for working under inert atmospheres, temperature control and cryogenic conditions. They are used for particle size reduction in mechanical synthesis, mixing processes and sample preparation. RETSCH's comprehensive range of mills is also employed in battery recycling through small-scale shredding or sample preparation for analysis. These capabilities make RETSCH mills highly adaptable and effective for the specific requirements of battery material processing.
How are RETSCH mills employed in battery recycling on a lab scale?
For battery recycling, RETSCH offers solutions that include shredding complete or disassembled batteries, fractionation with sieving machines, and sample preparation of recycling fractions for chemical analysis.
How do RETSCH laboratory mills contribute to battery research and materials science?
RETSCH offers laboratory mills and sieving machines designed for the development, analysis, and recycling of battery materials. Our equipment facilitates mechanochemical synthesis, precise particle size reduction, and effective mixing and coating processes. Features like inert atmosphere capability, temperature control options, and process monitoring with GrindControl cater to the specific needs of battery technology research. Additionally, RETSCH provides expert consultation and access to application laboratories, helping researchers select the right tools for their studies.
Отчёты о применении
Customized silicon particle sizes for li-ion batteries
Silicon is gaining increasing importance as an anode material for Li ion batteries. Its exceptionally high specific capacity of about 3,600 mAh/g allows it to store roughly ten times more lithium ions than conventional graphite. This potential makes silicon a key material for anodes or as an additive in carbon–silicon composite anodes. A crucial factor for the performance of Li ion batteries is the particle size of the silicon: it significantly influences the electrochemical behavior, cycle stability, and service life of the anode. For battery applications, silicon particles are therefore specifically adjusted to sizes ranging from a few micrometers down to the sub micrometer and nanometer scale.
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.
Unlocking the potential: The role of ball mills in battery technology
This paper provides a comprehensive overview of the general use of ball mills and their application in battery technology. It covers the wide range of ball mill applications throughout the battery manufacturing process, from raw materials to recycling. The benefits of using ball mills are illustrated by ten specific application examples taken from research and quality control. Specific information on the details of the grinding process is provided to give an in-depth understanding of ball mill technology.
Mechanochemische Aktivierung von Ruß
Orion ist ein weltweit führender Hersteller von Industrierußen (Carbon Black), die in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden. Ein bedeutendes Einsatzgebiet ist die Verwendung als Additiv in Lithium-Ionen-Batterien, um die elektrische Leitfähigkeit und Batterieleistung zu verbessern sowie die Lebensdauer zu verlängern. Um diese Anwendung im Detail untersuchen und Ruße gezielt für ihre Applikation optimieren zu können, hat Orion ein eigenes Batterielabor im Unternehmen aufgebaut.
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.