Silikon anot malzemesini sınıflandırmak, grafitinkinden farklı bir nedenden dolayı zordur. Grafit, parçacıklarının düz plaka şeklinde olması nedeniyle sınıflandırmaya direnç gösterir. Silikon ise, parçacık pilin içine girdikten sonra neler olduğu ve kullanılan malzemenin nadiren saf silikon olması nedeniyle sınıflandırmaya direnç gösterir. Üretimde neredeyse her zaman silikon-karbon kompoziti, silikon oksit veya grafite karıştırılmış nano silikon karışımı kullanılır.
Temel sorun hacim genişlemesidir. Saf silikon, lityum emdiğinde yaklaşık 300% şişer; grafit ise yaklaşık 10% şişer. Bu genişleme parçacığı çatlatır ve elektrotu yırtar, kapasite birkaç yüz döngü içinde düşer. Standart çözüm, silikonu nano ölçeğe küçültmek ve sıkı bir parçacık boyutu dağılımına sahip bir karbon veya grafit ana malzemeye kilitlemektir. D90 çok yüksekse, aşırı büyük parçacıklar genişler ve yerel olarak çatlar. D90 çok düşükse, ince fraksiyon yüzey alanını şişirir, ilk döngüde lityumu yakar ve verimliliği ve yoğunluğu düşürür.
Bu makale, silikon anotun sınıflandırılmasının neden zor olduğunu, her malzeme türü için PSD hedeflerini ve nano ölçekli silikona zarar vermeden keskin bir üst kesim elde etmek için bir hava sınıflandırıcının nasıl kurulacağını ele almaktadır.
Silikon Anotun Geleneksel Anot Malzemelerine Göre Sınıflandırılmasının Neden Daha Zor Olduğu
300% Genişleme Sorunu
Çoğu toz için parçacık boyutu tutarlılıkla ilgilidir. Silikon anot için ise performansla ilgilidir. Tek bir aşırı büyük parçacık şişer ve etrafındaki elektrotu çatlatır ve bu çatlak daha fazla hasar için bir başlangıç noktası olur. Pil üreticisi için, standart dışı bir D90 değeri erken arıza ve kısa çevrim ömrü olarak ortaya çıkar.
İnce taneciklerin geçişi de aynı derecede önemlidir. Nanometre ölçekli silikonun çok büyük bir yüzey alanı vardır ve bunun tamamı ilk döngüde elektrolitle reaksiyona girerek SEI tabakasını oluşturur ve lityumu kalıcı olarak yakar. Bu nedenle silikon anotlar ilk döngü verimliliğini kaybeder. Çok fazla ince tanecik geçmesine izin verilirse verimlilik düşer. Aşırı büyük tanecikler geçerse döngü ömrü kısalır. Bir silikon hattı, dağılımın her iki ucunu da aynı anda tutmalıdır.
Üç Malzeme, Üç Problem
Saf nano-silikonYaklaşık 100 ila 200 nm boyutlarında birincil parçacıklara sahip olan bu malzeme, genellikle grafitin içine %2 ila oranında karıştırılan küçük bir katkı maddesi olarak kullanılır. En büyük zorluk kümelenmedir: nanopartiküller yumuşak topaklar halinde bir araya gelir ve hava akımı bunları tek büyük parçacıklar olarak algılar.
Silikon oksitSiOx veya SiOx, D50 değeri yaklaşık 5 ila 10 mikron olan mikron ölçekli bir parçacıktır. Genleşme oranı daha düşüktür, yaklaşık 0 ila 0 arasındadır ve orta düzeyde bir kapasite sağlar. Kıvamı dar bir boyut aralığına bağlıdır, çünkü oksijen içeriği parçacık boyutuyla değişir.
Silikon-karbon kompozit Karbon veya grafit matrisine gömülü nano silikon, ana akım ticari anot malzemesidir. 8 ila 15 mikron arasında bir D50 değeri hedeflenir ve kabul edilebilir çevrim ömrüyle 400 ila 650 mAh/g kapasite sağlar. Sınıflandırıcı, keskin bir üst kesim ve eşit silikon dağılımı sağlamalıdır.
Kümelenme ve Nan Ölçekli İşlemler
Nanoboyuttaki silikon oldukça yapışkandır. Yumuşak bir agregat, hava akımı tarafından tek bir büyük parçacık olarak algılanır ve kaba akıma itilir veya elektrot içinde kaba bir parçacık gibi davranan aşırı büyük bir topak olarak kalır. Sınıflandırıcı, bu topakları parçalamalı ve gerçek aşırı büyük parçacıkları hemen reddetmelidir; bunu yaparken de birincil parçacıkları ezmeyecek kadar fazla enerji harcamamalıdır. Genel amaçlı bir mineral sınıflandırıcı burada yetersiz kalacaktır.
Anot Tipine Göre PSD Özellikleri
Anot tipi D50 hedefi D90 hedefi Temel gereksinim
Nano silikon katkı maddesi 0,1 ila 0,2 mikron, 0,5'in altında. Birincil parçacığı korur.
Silikon oksit (SiOx) 5 ila 10 mikron 15 ila 20 Dar aralık
Silikon-karbon kompozit 8 ila 15 mikron 25 ila 35 Keskin üst kesim
Silikon-grafit karışımı 6 ila 12 mikron 18 ila 25 Grafit boyutuna uygun
Özellikler, pil üreticisine ve elektrot tasarımına göre değişiklik gösterir. Parametreleri ayarlamadan önce alıcının gelen ürün denetimini kontrol edin.
Grafitte olduğu gibi, D90 daha zorlu sınırdır. D50 rotor hızıyla belirlenir ve tahmin edilebilir şekilde değişir. D90 ise kuyruktur, kesme noktasının hemen üzerindeki ve türbülans veya besleme varyasyonunda kayıp geçen parçacıklardır. Silikon için, aşırı büyük bir kuyruk, genişleyip elektrotu çatlatacak parçacıklar anlamına gelir.
Silikon Anot Tozu için Bir Sınıflandırıcı Yapılandırması
Kesim noktasını ortanca değer yerine en üst kesim için ayarlayın.
Çoğu sınıflandırıcı, ölçülmesi kolay olduğu için D50 civarında devreye alınır. Silikon anot için, önce D90'a göre devreye alın. Rotor hızını D90 sınırını koruyacak şekilde ayarlayın, ardından elde edilen D50'yi ölçün ve ince tanecikleri kontrol edin. Pratik bir başlangıç, rotor hızını, D90 hedefiniz için küresel mineral hesaplamasının önerdiğinden ila daha hızlı çalıştırmak, ardından lazer kırınımı ile gerçek PSD'yi ölçmek ve D90 belirtilen değere ulaşana kadar hızı kademeli olarak azaltmaktır.
Nanoparçacıkları korumak için hava akışını düşük seviyede tutun.
Daha yüksek hava akışı, sürtünmeyi artırır ve daha fazla malzemeyi ince akıma çeker. Silikonda, yüksek yüzey alanına sahip ince parçacıkları kesme noktasından sürükler ve ince parçacık fraksiyonunu şişirerek verimliliği düşürür. Ayrıca gevşek bağlı kompozitlere daha sert çarpar ve bu da karbon ana malzemenin çatlamasına neden olabilir. Hava akışını, kararlı taşıma için gereken minimum seviyede, bir mineralin kullanacağından yaklaşık ila daha düşük tutun.
Yemi stabil ve önceden dağıtılmış halde tutun.
Besleme miktarında ani artışlar olduğunda, bölgedeki partikül konsantrasyonu yükselir ve kesme noktası daha kaba hale gelir. Beslemeyi nominal kapasitenin ila 'i arasında çalıştırın ve kütle akış kontrolörü ile artı veya eksi %5 içinde tutun. Nano silikon veya topaklanma özelliğine sahip bir besleme malzemesi için, sınıflandırıcıdan hemen önce bir dağıtım aşaması ekleyin.
Demirsiz olması isteğe bağlı değil.
Milyonda birkaç parça demir bile bir hücrede kısa devreye neden olabilir. Geleneksel bir karbon çelik sınıflandırıcı, rotor aşınmasından dolayı demir salınımı yapar. Silikon anot hatları seramik kaplı rotorlara ve astarlara ihtiyaç duyar ve ürün yolu hücre üreticisinin demir spesifikasyonuna uygun olmalıdır. İnce veya piroforik kaliteler için, inert gaz döngüsü ayrıca oksidasyonu ve toz patlamasını önler.
Başlangıç noktaları
Rotor hızı: Aynı D90 için küresel malzeme hesaplamasının ila üzerinde, önce D90'a göre devreye alınmıştır.
Hava akışı: Mineral kapasitesinin ila altında, istikrarlı taşıma için minimum seviye.
Besleme: Kapasitenin ila 'i, artı veya eksi %5 tolerans dahilinde, topaklanma varsa önceden dağıtılmış.
Kirlenme: Seramik kaplı rotor ve astar, ince veya piroforik kaliteler için inert gaz.
Doğrulama: Yeni bir notun verildiği ilk 4 saat boyunca her 30 dakikada bir örnek alınmalıdır.
Üretim örnekleri
Örnek 1: Silikon-Karbon Kompozit D90, 43 Mikrondan 29 Mikrona Kadar Kesim
Bir üretici, bir pil üreticisine 35 mikronluk bir D90 limiti sağladı. Her beş partiden yaklaşık biri, 41 ila 45 mikron arasında gelen kalite kontrolünden geçemedi. Sınıflandırıcı, mineral ortamlarında devreye alınmış ve yalnızca 11,2 mikron olan D50'ye göre kontrol edilmişti ve bu da sorunsuzdu. Büyük boyutlu fraksiyon, D90 kuyruğu hiçbir zaman hedef olmadığı için gözden kaçtı. Pil üreticisi, erken kapasite kaybını bu büyük boyutlu parçacıkların etrafındaki çatlamalara bağladı.
Vaka 2: SiOx Kalitesi Daraltılmış Aralık ve İlk Çevrim Kaybının Azaltılması
Bir SiOx üreticisi, D50 7 ve D90 18 mikron hedefleyen bir kalite sunuyordu, ancak D10 değeri 1 mikronun altına düşmüş, yüzey alanını şişirmiş ve ilk çevrim verimliliğini alıcının taban seviyesinin altına çekmişti. Bunun nedeni, ince oksidi kesme noktasından çeken aşırı hava akışı ve çelik rotorun eser miktarda demir dökmesiydi.
Hava akışı oranında azaltıldı, üst kesimi korumak için rotor hızı ayarlandı ve çelik rotor ve astar, ince oksit için inert gaz devresi içeren seramik kaplı parçalarla değiştirildi. Açıklık oranında daraldı, D10 1,6 mikrona geri döndü, ilk çevrim verimliliği 2,1 puan arttı ve eser miktardaki demir 5 ppm eşiğinin altına düştü.
Silikon Anot mu Yoksa Başka Bir Pil Malzemesi mi Sınıflandırılıyor?
EPIC Powder Machinery, keskin üst kesimler, nanopartikül ve kompozit işleme, kirlilik kontrolü ve inert gaz koruması dahil olmak üzere pil malzemesi çalışmaları için hava sınıflandırıcıları yapılandırır. Silikon, SiOx veya silikon-karbon beslemeniz üzerinde ücretsiz sınıflandırma denemeleri yapıyoruz ve taahhütte bulunmadan önce eksiksiz PSD verilerini size iletiyoruz. Besleme PSD'nizi, hedef D50 ve D90 değerlerinizi ve veriminizi gönderin.
Ücretsiz Sınıflandırma Deneme Sürümü Talep Edin: www.powder-air-classifier.com/contact
Hava Sınıflandırıcı Ürün Yelpazemizi Keşfedin: www.powder-air-classifier.com
Sıkça Sorulan Sorular
Silikon-karbon anot için hangi D50/D90 değerini kullanmalıyım?
Genel amaçlı kompozitlerde D50 genellikle 8 ila 15 mikron, D90 25 ila 35 mikron ve D99 ise 35 ila 45 mikron arasındadır. Tam aralık, hücre formatına ve silikon yüklemesine bağlıdır. Daha yüksek silikon içeriği, büyük parçacıkların genleşmesi ve çatlaması nedeniyle üst kesimi daraltır. D90 değerini önce alıcının incelemesine göre ayarlayın, ardından orta değeri ayarlayın.
Sınıflandırma sırasında nano silikon neden topaklanıyor ve bunu nasıl önleyebilirim?
Nano silikon oldukça yapışkandır. Mikron ölçekte ihmal edilebilir olan kuvvetler nano ölçekte baskın hale gelir, bu nedenle birincil parçacıklar yumuşak topaklar halinde kümelenir ve hava akışı bunları iri parçacıklar olarak algılar. Bunu düzeltmek için sınıflandırıcıdan önce bir dağıtım aşaması, azaltılmış hava akışı ve işlem havasında nem kontrolü gereklidir. Topraklama ve ince taneler için inert gaz döngüsü de yardımcı olur.
Tek bir sınıflandırıcı silikon, SiOx ve silikon-karbon kompozitini işleyebilir mi?
Tek bir parametre setiyle değil. Üç malzeme farklı boyut aralıklarında ayrılıyor, farklı şekillerde bozuluyor ve farklı kirlenme ve gaz gereksinimlerine sahip. Bir platform bunlar arasında geçiş yapabilir, ancak her malzeme için rotor hızı, hava akışı, besleme hızı, dağılım ve gaz ayarı için kendi reçetesine ihtiyaç duyulur.
Epik Toz
"Okuduğunuz için teşekkürler. Umarım makalem yardımcı olur. Lütfen aşağıya yorum bırakın. Ayrıca EPIC Powder online müşteri temsilcisiyle iletişime geçebilirsiniz. Zelda Daha fazla bilgi için bize ulaşın.”
— Jason Wang, Mühendis
