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氧化物固态电解质窑炉的性能特点及优势介绍

  • 作者:刘经理    来源:江苏前锦企业集团公司    时间:2022/6/19    点击:516

氧化物固态电解质窑炉的

主要技术参数:

1、设计温度:1300℃
2、使用温度:1200℃
3、加热元件:硅碳棒(陶瓷套管保护)
4、气氛环境:补充空气或氧气
5、装料匣钵数量:2列2层、3列2层、3列2层2排、3列2层3排




窑炉特点:
1、可用于氧化物固态电解质及其前驱体的煅烧
2、结构特殊:采用和工业化生产气氛辊道炉相同的炉膛结构、进排气方式、匣钵排列方式,可为后期气氛辊道炉生产时提供坚实、可靠的实验数据。
3、良好的温度均匀性:因采用特殊的炉膛结构可使窑炉温度均匀性≤±5℃
3、炉膛采用高密度高纯氧化铝材质砌筑,可大大增加窑炉使用寿命
4、炉膛底部及两侧多孔均匀进气,可使炉膛内始终保持均匀的富氧环境。




优点:
1、排气结构
串联多组烟囱连接,排除废气。加热区顶部设置“l”型,落脏对策,防止产品污染。
2、驱动部分
立密封构建,万向轴设计,更稳定有效。浮动式万向节式驱动系统,有效的减少蛇形,生产无后顾之忧。
3、炉内设计
采用拱顶结构,坚固,内衬采用氧化铝空心球,机械强度高,减轻炉体重量,节约材料,节省能源。
4、炉内温度和气氛设计
多点式压力检测,有效控制炉内氧含量,炉底多点均布进气,侧壁多点均布进气,提供上下层产品所需氧分,产品烧成的一致性。进气经过炉内预热,了炉内温度及气氛均匀性。
5、电器控制方式
以各区为单位,检测炉内温度,并通过可控硅移相与脉冲相 结合的方式(scr)控温,0-输出可调节。
6、安全装置
当发生温度异常、动力超负荷、保险丝断、变频器异常、断辊棒检测等异常情况下时,报警灯亮、蜂鸣器响,触摸屏显示异常内容。


固态电解质优势



(1)不易流动,不易燃烧,并且具有较高的热稳定性,极大地提高了锂电池的安全性;


(2)具有更宽的电化学窗口、更高的电化学稳定性,可以适配更多具有高电压的阴极材料;


(3)使得薄膜化、微型化、柔性可弯折的锂电池成为可能,极大提高锂电池的体积能量密度;


(4)可以有效抑制锂电极上锂枝晶的生长,极大提高锂电池的能量密度;


(5)具有优异的高低温性能,可以在极端环境下使用;


(6)方便锂电池组动力能源系统的设计,使锂电池的内部串联成为可能。





固态电解质分类



全球正在研究的固态电解质主要包括聚合物电解质、氧化物电解质、硫化物电解质三大体系。其中,聚合物固态电解质最先实现应用,但具有电导率低、成本高的缺点;硫化物固态电解质电导率高,但稳定性难以保持,开发难度大;氧化物固态电解质能量密度高、稳定性优、循环寿命长、成本低,是我国固态电解质的主要研究方向。




氧化物固态电解质可以分为晶态和非晶态,又称为陶瓷和玻璃态。



晶态氧化物固态电解质包括钙钛矿型、lisicon型、 nasicon 型、石榴石(garnet)型等。


非晶态氧化物固态电解质由网络形成氧化物(例如:p2o5、b2o3、sio2等)和网络改性氧化物(如 li2o)所组成。网络改性氧化物会进入由网络形成氧化物相互连接形成的长程无序的巨分子链中,打破桥氧键,导致巨分子链长度降低,使得锂离子能在这种网络结构自由移动,因此材料具有一定的锂离子电导率。非晶态氧化物固态电解质的研究热点是用在薄膜电池中的lipon型电解质和部分晶化的非晶态材料。


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链接:https://news.cnpowder.com.cn/62760.html 
来源:中国粉体网


氧化物固态电解质生产工艺


为追求更高能量密度和更高安全性的储能设备,必须用薄的固态电解质代替液态电解质。下面介绍几种薄固态电解质的制造方法。




几种薄固态电解质的制造方法。



溶液/浆料涂覆



在各种制备方法中,溶液/浆料涂覆已被广泛采用。溶液涂覆适合于固态聚合物电解质和含聚合物的复合电解质的制备;而浆料涂覆方法则适合于陶瓷固态电解质的制备,其粘合剂可以使固态电解质颗粒相互连接。



通常,通过溶液/浆料涂覆可获得两种类型的样品:1)自支撑的固态电解质,2)正极支撑的固态电解质。



前者可通过简单地将溶液/浆液倒入惰性模具中或通过刮刀涂覆在惰性基材上,通过调节溶液/浆液的体积和浓度来控制厚度;后者,可以通过将浆料直接涂覆在正极表面上来实现正极支撑的固态电解质。


对于自支撑固态电解质,在将固化的固态电解质与模具或基材分离时,必须有一个厚度较大的层,该层的厚度必须超过30μm,以确保足够的机械完整性。对于正极支撑的固态电解质,厚度可以减小到5~10μm。此外,这种方法也可进一步降低正极/固态电解质的界面电阻,从而实现更好的电化学性能。这期间需要筛选溶剂(考虑其沸点、化学稳定性、溶解性、极性)和粘结剂(种类和含量)。



流延涂覆


流延涂覆也称为刮涂,已广泛用于生产大而薄的陶瓷层。首先,将陶瓷固态电解质粉末与有机粘合剂一起分散或溶解在溶剂中。随后,通过使用可调节的刮刀将均匀的浆料加载到柔性基板中。然后蒸发溶剂,得到厚度为20~1000μm的柔性陶瓷膜。为进一步改善陶瓷颗粒的互连性,通常使用热压工艺来降低溶剂蒸发后的界面电阻。在退火过程中,有机成分被蒸发,从而获得了薄而致密的陶瓷固态电解质膜。刮涂的优点是重复该步骤可制备多层陶瓷固态电解质。



溶液注入法


溶液注入法是将含固态电解质的浆液或溶液注入多孔基材中,除去溶剂或惰性有机成分后,可获得固态电解质薄膜。通常,所制备的固态电解质膜的厚度由多孔基材决定,而离子电导率受固态电解质和基材的影响很大。对于薄陶瓷固态电解质的制备,重点是寻找合适的溶剂。此外,在室温或退火下,基材应对溶剂和固态电解质具有化学惰性。而且,为了减小衬底对离子电导率的影响,衬底应该具有一定的孔隙率。基板应具有较高的耐热性,并在退火条件下保持其柔韧性。



热压



热压是一种热辅助工艺,应用于固态聚合物电解质和含粘结剂的陶瓷固态电解质制备中。施加的热量可使聚合物或粘合剂熔化。在热压之前,需要充分混合聚合物/锂盐和陶瓷固态电解质/粘合剂,以形成均匀的混合物。对于陶瓷固态电解质的制备,粘合剂的引入可以增强固态电解质的柔韧性,然而,粘合剂将降低热传导的离子传导性。因此,对于实际应用,应最小化固态电解质中的粘合剂含量,以平衡离子电导率和柔韧性。



挤压



挤出工艺是从高粘度混合物中制备薄固态电解质的一种可扩展方法。在挤出之前,通过高温下在混合室中混合聚合物/锂或粘合剂/陶瓷固态电解质来获得均匀的粘性糊剂。随后,将电解质浆料通过流动通道进料并将电解质浆料挤出成薄电解质片。此外,挤压工艺还可用于通过同时挤压正极和固态电解质来制备正极支撑的固态电解质,称为共挤出过程。该方法的优点是无溶剂处理和低孔隙率,从而消除了溶剂对某些固态电解质离子电导率的影响。与溶液/浆料涂覆方法相比,如何提高其产量是难点。


3d打印



由于3d打印具有以微米级精度构造3d结构的电极和电解质的能力,因此在能量存储设备领域受到广泛关注。得益于其在微尺度图案上的打印精度,其应用已扩展到设计薄固态电解质。通过控制浆料中的固态电解质浓度和印刷图案中的层数,可以轻松地调节所制备的固态电解质的厚度。



其他方法



例如,利用水热法在石墨表面上生长latp固态电解质薄层。溶剂蒸发也已被证明是制备厚度小于50μm的薄固态电解质的有效技术。原位聚合是在负极和正极之间形成薄膜聚合物固态电解质的另一种方法方法。





 
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