格瑞德曼：电池材料的样品制备解决方案

随着社会经济的发展，电子设备的不断普及，智能手机、笔记本电脑等应用，尤其是在全球新能源汽车产业迅猛发展的背景下，电池技术的进步已然成为推动行业前行的关键力量，新能源汽车的普及对电池的需求提出了更高的要求。制备出高性能的电池材料已成为各大院校、各科研院以及知名车企的热点研究方向。

锂离子电池，其构造可分为正极材料、负极材料、电池隔膜、电解液等几部分。

正极材料：从正极材料上看，新能源电池大致可分为磷酸铁锂电池、三元锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池。

正极材料的安全性，能量密度和功率密度是当前不同车型对锂离子电池类型取舍的基本依据。

钴酸锂电池：主要材料是钴酸锂，由于钴资源相对贫乏，价格较高，对环境有毒、安全性较差、容量相对较低等缺点，大大限制了其广泛的应用和长远的发展，因此，这类电池主要应用于数码电池中。

锰酸锂电池：主要为尖晶石型锰酸锂。对比钴酸锂，具有资源丰富，价格便宜，对环境污染小等特点。但尖晶石结构很难保持完整性，循环性差，这类电池多应用于电动自行车。

磷酸铁锂电池：主要为磷酸铁锂材料，原料丰富，价格低廉，对环境友好，循环性能非常好，安全性能特别高等特点使其最先在电动汽车上得到应用。但体积能量密度低，温度适应性差等缺点，限制了其进一步的应用。

三元锂电池：主要为镍钴锰或者镍钴铝。最大的优势就是能量密度高。它可以通过调整正极材料中镍的占比，来提高电池能量密度。高能量密度同时也带来了高风险，它的稳定性相对较差，发生燃烧事故的可能性也较高。

为了制备出高质量的锂电池材料，不同的材料，选择合适的制备仪器 和制备方法可以让实验事半功倍。根据我们以往服务过的部分客户案例，结合实验应用，针对锂电池样品制备解决方案，格瑞德曼推出的如下选型可作为实验参考。

案例一：

用户：锂辰科技

样品：石墨

材料性质：脆性

使用仪器：臼式研磨仪MG200

研磨套件材质：玛瑙材质

制备要求：达到5微米

研磨时间：10分钟

石墨是常见的一种电池负极材料，易研磨，可选择的制样设备也较为广泛，考虑到效率和清洁，推荐使用臼式研磨仪MG200。

臼式研磨仪MG200可以被称为是"手动研钵的自动化仪器"，操作简单、方便。

1、人性化设计、易清洗

2、杵头插拔式设计，方便拆卸

3、杵头压力可调节

4、内置观察灯，可随时查看样品的研磨状况

5、程序设置完成后，无需人员监护

在电池材料类样品制备中，固态电解质是一种使用固体电极和固体电解质的电池技术，相较于传统的锂离子电池，它具有良好的机械变形能力、高锂离子电导率以及与高电压正极材料的较强兼容性。在下面的案例中，我们分享的是行星式球磨仪在锂电池材料的应用。

案例二：

用户：中国科学院大学

样品：固态电解质

样品性质：脆性

使用仪器：行星式球磨仪BM20

研磨罐：500毫升氧化锆研磨罐

研磨球：15mm 氧化锆研磨球

转速：300rpm

研磨时间：15min

出样尺寸：D90＜27微米

处理量：单次处理量为500g左右

由于样品的特性，水和法效果并不理想，对于卤化物一些样品，球磨后整体表现为非晶化，有助于离子传导。用行星式球磨仪研磨后的样品，通过测试离子电导率和XRD，观察其电化学性能和结构，后续进行组装全电池的测试。

行星式球磨仪BM20

除了可以制备固态电解质材料外，行星式球磨仪亦可以针对磷酸铁锂电池材料进行高效率的制备，其研究方向主要是通过研究材料的纳米化来提高磷酸铁锂电池的能量密度，而纳米化对环境要求比较高，因此在部分实验条件下，实验人员通常要求在手套箱内操作。在实验的过程中，就需要选配带有通气盖和紧固环的研磨罐。

(行星式球磨仪BM40)

带有通气盖和紧固环的研磨罐

在实际应用中，行星式球磨仪有多个选择，可以选择单平台行星式球磨仪、双平台行星式球磨仪以及四平台行星式球磨仪。与双平台行星式球磨仪BM20相比，行星式球磨仪BM40有4个研磨平台，可同时研磨2份、4份、或8份样品，能快速实现亚微米级的研磨细度。之所以能受到众多客户的喜爱，得益于其实用、安全、便捷的优异性能：

1、研磨室自动通风系统，可用于研磨罐冷却；

2、可自动反向转动；

3、智能的安全门锁，可保障仪器操作的安全性；

4、 采用人体工程学设计，在操作上集舒适性和安全性于一体；

5、人性化的程序设计，可以设定研磨的起始时间，在实验过程中可以自行运转，而无需人员监护；

6、人性化的锁紧装置和开罐工具。

当然，除了传统的行星式球磨仪,针对锂电池材料、纳米材料样品制备，格瑞德曼推出的小型高能行星式球磨仪NM200以及高能振动球磨仪GT600Dual也是不错的选择。

和传统的行星式球磨仪相比，小型高能行星式球磨仪NM200的转速更高，亦是材料类样品制备的“宠儿”，在研磨罐的自动识别、安装、取出和转速性能上，都是传统型球磨仪无法达到的效果。

1、研磨腔门可自动关闭；

2、超强离心加速度，研磨转速可达2200转；

3、可识别研磨罐材质；

4、研磨罐RFID自动识别和定位功能，确保仪器安全运行；

5、可自动安装、定位和锁紧，无需人工手动操作；

6、嵌入式研磨罐设计，操作简单方便。

(小型高能行星式球磨仪NM200)

而高能振动球磨仪GT600Dual，和传统的行星式球磨仪相比，工作原理有显著不同，它主要是通过研磨球高强度的撞击下，将样品粉碎以达到更好的研磨效果，其独特的优势性能也是当下材料样品制备的理想选择。

1、高达35Hz的强力粉碎；

2、通用性强，可将样品研磨至纳米范围；

3、适用于高强度、多频次的使用；

4、紧固方便的研磨罐；

5、可干磨、湿磨、冷冻研磨。

(高能振动球磨仪GT600Dual)

下面将要介绍的样品是一种锰酸锂电池，主要为尖晶石型锰酸锂。对比钴酸锂，具有资源丰富，价格便宜，对环境污染小等特点，但尖晶石结构很难保持完整性，循环性差，这类电池多应用于电动自行车。此类材料属于中硬性的，用户需要D50达到3-15微米，且效率要求高。

传统的研磨方式，颚式破碎仪和球磨仪的转速偏低，因此尝试使用高转速的超离心研磨仪FM200。

(超离心研磨仪FM200)

用户：中芯能

样品：锰酸锂

样品性质：中硬性

使用仪器：超离心研磨仪FM200

转刀：12齿转刀

转刀材质：钛制

筛网：0.08mm筛网

筛网材质：钛制

设定转速：18000rpm

研磨时间：即入即出

超离心研磨仪FM200是一款即入即出的高效率研磨设备，其高转速和可控的出样尺寸，是球磨设备无法达到的高效便捷。

1、运行可靠、清洁方便

2、即入即出的研磨效果

3、出样尺寸可由筛网控制

4、多样化的配件可满足丰富的产品应用

为了达到更好的研磨效果，我们建议搭配自动进样器和旋风分离器来使用，不仅可以实现连续进样，亦可实现连续收集。

每款研磨仪都不是万能的，选择适合的就是最好的，如您想要了解更多锂电池材料样品制备的解决方案，请联系格瑞德曼公司！