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氧化物固態(tài)電解質窯爐的性能特點及優(yōu)勢介紹

  • 作者:劉經(jīng)理    來源:江蘇前錦企業(yè)集團公司    時間:2022/6/19    點擊:581

氧化物固態(tài)電解質窯爐的

主要技術參數(shù):

1、設計溫度:1300℃
2、使用溫度:1200℃
3、加熱元件:硅碳棒(陶瓷套管保護)
4、氣氛環(huán)境:補充空氣或氧氣
5、裝料匣缽數(shù)量:2列2層、3列2層、3列2層2排、3列2層3排




窯爐特點:
1、可用于氧化物固態(tài)電解質及其前驅體的煅燒
2、結構特殊:采用和工業(yè)化生產(chǎn)氣氛輥道爐相同的爐膛結構、進排氣方式、匣缽排列方式,可為后期氣氛輥道爐生產(chǎn)時提供堅實、可靠的實驗數(shù)據(jù)。
3、良好的溫度均勻性:因采用特殊的爐膛結構可使窯爐溫度均勻性≤±5℃
3、爐膛采用高密度高純氧化鋁材質砌筑,可大大增加窯爐使用壽命
4、爐膛底部及兩側多孔均勻進氣,可使爐膛內始終保持均勻的富氧環(huán)境。




優(yōu)點:
1、排氣結構
串聯(lián)多組煙囪連接,排除廢氣。加熱區(qū)頂部設置“l(fā)”型,落臟對策,防止產(chǎn)品污染。
2、驅動部分
立密封構建,萬向軸設計,更穩(wěn)定有效。浮動式萬向節(jié)式驅動系統(tǒng),有效的減少蛇形,生產(chǎn)無后顧之憂。
3、爐內設計
采用拱頂結構,堅固,內襯采用氧化鋁空心球,機械強度高,減輕爐體重量,節(jié)約材料,節(jié)省能源。
4、爐內溫度和氣氛設計
多點式壓力檢測,有效控制爐內氧含量,爐底多點均布進氣,側壁多點均布進氣,提供上下層產(chǎn)品所需氧分,產(chǎn)品燒成的一致性。進氣經(jīng)過爐內預熱,了爐內溫度及氣氛均勻性。
5、電器控制方式
以各區(qū)為單位,檢測爐內溫度,并通過可控硅移相與脈沖相 結合的方式(scr)控溫,0-輸出可調節(jié)。
6、安全裝置
當發(fā)生溫度異常、動力超負荷、保險絲斷、變頻器異常、斷輥棒檢測等異常情況下時,報警燈亮、蜂鳴器響,觸摸屏顯示異常內容。


固態(tài)電解質優(yōu)勢



(1)不易流動,不易燃燒,并且具有較高的熱穩(wěn)定性,極大地提高了鋰電池的安全性;


(2)具有更寬的電化學窗口、更高的電化學穩(wěn)定性,可以適配更多具有高電壓的陰極材料;


(3)使得薄膜化、微型化、柔性可彎折的鋰電池成為可能,極大提高鋰電池的體積能量密度;


(4)可以有效抑制鋰電極上鋰枝晶的生長,極大提高鋰電池的能量密度;


(5)具有優(yōu)異的高低溫性能,可以在極端環(huán)境下使用;


(6)方便鋰電池組動力能源系統(tǒng)的設計,使鋰電池的內部串聯(lián)成為可能。





固態(tài)電解質分類



全球正在研究的固態(tài)電解質主要包括聚合物電解質、氧化物電解質、硫化物電解質三大體系。其中,聚合物固態(tài)電解質最先實現(xiàn)應用,但具有電導率低、成本高的缺點;硫化物固態(tài)電解質電導率高,但穩(wěn)定性難以保持,開發(fā)難度大;氧化物固態(tài)電解質能量密度高、穩(wěn)定性優(yōu)、循環(huán)壽命長、成本低,是我國固態(tài)電解質的主要研究方向。




氧化物固態(tài)電解質可以分為晶態(tài)和非晶態(tài),又稱為陶瓷和玻璃態(tài)。



晶態(tài)氧化物固態(tài)電解質包括鈣鈦礦型、lisicon型、 nasicon 型、石榴石(garnet)型等。


非晶態(tài)氧化物固態(tài)電解質由網(wǎng)絡形成氧化物(例如:p2o5、b2o3、sio2等)和網(wǎng)絡改性氧化物(如 li2o)所組成。網(wǎng)絡改性氧化物會進入由網(wǎng)絡形成氧化物相互連接形成的長程無序的巨分子鏈中,打破橋氧鍵,導致巨分子鏈長度降低,使得鋰離子能在這種網(wǎng)絡結構自由移動,因此材料具有一定的鋰離子電導率。非晶態(tài)氧化物固態(tài)電解質的研究熱點是用在薄膜電池中的lipon型電解質和部分晶化的非晶態(tài)材料。


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來源:中國粉體網(wǎng)


氧化物固態(tài)電解質生產(chǎn)工藝


為追求更高能量密度和更高安全性的儲能設備,必須用薄的固態(tài)電解質代替液態(tài)電解質。下面介紹幾種薄固態(tài)電解質的制造方法。




幾種薄固態(tài)電解質的制造方法。



溶液/漿料涂覆



在各種制備方法中,溶液/漿料涂覆已被廣泛采用。溶液涂覆適合于固態(tài)聚合物電解質和含聚合物的復合電解質的制備;而漿料涂覆方法則適合于陶瓷固態(tài)電解質的制備,其粘合劑可以使固態(tài)電解質顆粒相互連接。



通常,通過溶液/漿料涂覆可獲得兩種類型的樣品:1)自支撐的固態(tài)電解質,2)正極支撐的固態(tài)電解質。



前者可通過簡單地將溶液/漿液倒入惰性模具中或通過刮刀涂覆在惰性基材上,通過調節(jié)溶液/漿液的體積和濃度來控制厚度;后者,可以通過將漿料直接涂覆在正極表面上來實現(xiàn)正極支撐的固態(tài)電解質。


對于自支撐固態(tài)電解質,在將固化的固態(tài)電解質與模具或基材分離時,必須有一個厚度較大的層,該層的厚度必須超過30μm,以確保足夠的機械完整性。對于正極支撐的固態(tài)電解質,厚度可以減小到5~10μm。此外,這種方法也可進一步降低正極/固態(tài)電解質的界面電阻,從而實現(xiàn)更好的電化學性能。這期間需要篩選溶劑(考慮其沸點、化學穩(wěn)定性、溶解性、極性)和粘結劑(種類和含量)。



流延涂覆


流延涂覆也稱為刮涂,已廣泛用于生產(chǎn)大而薄的陶瓷層。首先,將陶瓷固態(tài)電解質粉末與有機粘合劑一起分散或溶解在溶劑中。隨后,通過使用可調節(jié)的刮刀將均勻的漿料加載到柔性基板中。然后蒸發(fā)溶劑,得到厚度為20~1000μm的柔性陶瓷膜。為進一步改善陶瓷顆粒的互連性,通常使用熱壓工藝來降低溶劑蒸發(fā)后的界面電阻。在退火過程中,有機成分被蒸發(fā),從而獲得了薄而致密的陶瓷固態(tài)電解質膜。刮涂的優(yōu)點是重復該步驟可制備多層陶瓷固態(tài)電解質。



溶液注入法


溶液注入法是將含固態(tài)電解質的漿液或溶液注入多孔基材中,除去溶劑或惰性有機成分后,可獲得固態(tài)電解質薄膜。通常,所制備的固態(tài)電解質膜的厚度由多孔基材決定,而離子電導率受固態(tài)電解質和基材的影響很大。對于薄陶瓷固態(tài)電解質的制備,重點是尋找合適的溶劑。此外,在室溫或退火下,基材應對溶劑和固態(tài)電解質具有化學惰性。而且,為了減小襯底對離子電導率的影響,襯底應該具有一定的孔隙率;鍛哂休^高的耐熱性,并在退火條件下保持其柔韌性。



熱壓



熱壓是一種熱輔助工藝,應用于固態(tài)聚合物電解質和含粘結劑的陶瓷固態(tài)電解質制備中。施加的熱量可使聚合物或粘合劑熔化。在熱壓之前,需要充分混合聚合物/鋰鹽和陶瓷固態(tài)電解質/粘合劑,以形成均勻的混合物。對于陶瓷固態(tài)電解質的制備,粘合劑的引入可以增強固態(tài)電解質的柔韌性,然而,粘合劑將降低熱傳導的離子傳導性。因此,對于實際應用,應最小化固態(tài)電解質中的粘合劑含量,以平衡離子電導率和柔韌性。



擠壓



擠出工藝是從高粘度混合物中制備薄固態(tài)電解質的一種可擴展方法。在擠出之前,通過高溫下在混合室中混合聚合物/鋰或粘合劑/陶瓷固態(tài)電解質來獲得均勻的粘性糊劑。隨后,將電解質漿料通過流動通道進料并將電解質漿料擠出成薄電解質片。此外,擠壓工藝還可用于通過同時擠壓正極和固態(tài)電解質來制備正極支撐的固態(tài)電解質,稱為共擠出過程。該方法的優(yōu)點是無溶劑處理和低孔隙率,從而消除了溶劑對某些固態(tài)電解質離子電導率的影響。與溶液/漿料涂覆方法相比,如何提高其產(chǎn)量是難點。


3d打印



由于3d打印具有以微米級精度構造3d結構的電極和電解質的能力,因此在能量存儲設備領域受到廣泛關注。得益于其在微尺度圖案上的打印精度,其應用已擴展到設計薄固態(tài)電解質。通過控制漿料中的固態(tài)電解質濃度和印刷圖案中的層數(shù),可以輕松地調節(jié)所制備的固態(tài)電解質的厚度。



其他方法



例如,利用水熱法在石墨表面上生長latp固態(tài)電解質薄層。溶劑蒸發(fā)也已被證明是制備厚度小于50μm的薄固態(tài)電解質的有效技術。原位聚合是在負極和正極之間形成薄膜聚合物固態(tài)電解質的另一種方法方法。





 
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