Reducción del tamaño de partículas de materiales de baterías

El tamaño de las partículas y la distribución granulométrica de los materiales activos determinan en gran medida el rendimiento de la batería, como la capacidad, la densidad de potencia, la capacidad de velocidad, la densidad energética, la estabilidad del ciclo de vida y la seguridad. Los molinos de laboratorio RETSCH se utilizan para la reducción del tamaño de partículas de materias primas como níquel, manganeso, cobalto, materiales que contienen litio o grafito, o para la desaglomeración de materiales activos de los electrodos.

Reducción del tamaño de partículas de silicio

^{Distribución granulométrica volumétrica de la muestra original y tras 60 minutos de molienda en el molino de bolas de alta energía Emax y el molino mezclador MM 500 nano.}

Reducción del tamaño de partículas de LPS en atmósfera y temperatura controladas

^{Electrolito sólido de sulfídico (LPS) junto con algunas bolas en un recipiente de molienda enroscable de 125 ml del MM 500 control, abierto en una caja de guantes.}

Reducción del tamaño de las partículas de grafito mediante la molienda en húmedo 

^{Recipiente de molienda con una muestra de grafito para la molienda coloidal en el MM 500 nano con isopropanol.}

Síntesis de nuevos materiales para baterías

La síntesis mecanoquímica se ha hecho especialmente popular en el campo de la tecnología de baterías, donde se utiliza para producir electrolitos, separadores o compuestos multifásicos innovadores de gran pureza o para optimizar su microestructura. Por ejemplo, se pueden sintetizar nuevos tipos de electrolitos sólidos mediante un proceso sin disolventes o para mejorar su rendimiento y estabilidad. Otra aplicación son las reacciones de reciclaje respetuosas con el medio ambiente, como la reducción mecanoquímica de material catódico para baterías de iones de litio. Para la síntesis mecánica son adecuados todos los tipos de molinos de bolas. Por lo general, se trata de productos químicos sensibles al aire y de elevado coste, por lo que resulta ventajoso el procesamiento por lotes en recipientes de pequeño volumen, como los disponibles para los molinos mezcladores RETSCH.

Control de proceso con GrindControl

Es fundamental controlar la temperatura y la presión en el desarrollo de materiales para baterías con el fin de garantizar unas condiciones óptimas para mantener la integridad de los materiales. Estos parámetros influyen en las propiedades físicas y químicas de los materiales y repercuten directamente en su rendimiento. El control preciso de estas condiciones es esencial para lograr resultados coherentes y permitir el escalado satisfactorio de los procesos de producción. Existen tapas especiales para medir la temperatura y la presión en el interior del recipiente de molienda.

Espectroscopia RAMAN con molinos mezcladores

Los molinos mezcladores son especialmente adecuados para la espectroscopia RAMAN in situ, lo que permite estudiar en detalle la cinética de las reacciones mecanoquímicas. El MM 400 está equipado con una placa inferior extraíble con dos aberturas a través de las cuales el espectrómetro RAMAN apunta hacia el fondo de los recipientes de molienda de PMMA transparente. El molino permite tiempos de procesamiento de hasta 99 horas.

Trabajar en atmósferas inertes

El procedimiento habitual para manipular materiales sensibles a la atmósfera consiste en llenar y abrir los recipientes de molienda en la caja de guantes. También se pueden utilizar tapas con válvula especial para controlar o cambiar la atmósfera en el recipiente cerrado. Asimismo, es posible colocar un molino planetario de bolas completo en una caja de guantes.

Visite nuestra página sobre mecanoquímicapara informarse sobre las aplicaciones mecanoquímicas con losmolinos de bolas RETSCH.

Preparación de muestras de baterías para análisis

La caracterización analítica de materiales normalmente requiere sólo una pequeña cantidad, que oscila entre unos pocos gramos y miligramos. Sin una preparación adecuada de la muestra, los resultados del análisis carecen de significado. Para obtener unos resultados fiables, la muestra debe ser realmente representativa, es decir, su composición debe reflejar la totalidad del material de partida. Esto requiere una homogeneización mecánica exhaustiva mediante molienda y mezcla antes de la toma de muestras. Además, debe evitarse la introducción de cualquier impureza en el material durante la preparación de la muestra, ya que esto podría falsear los resultados.

Preparación de muestras para el análisis con rayos X

Para la espectroscopia de fluorescencia de rayos X, las muestras deben molerse hasta un tamaño de partícula de <100 µm. Para la trituración previa y la división se utilizan trituradoras de mandíbulas y divisores de muestras, seguidos de una molienda fina en un molino de bolas o de discos. Por último, se prensa una pastilla para obtener una muestra compactada con una alta concentración de elementos y una superficie lisa, lo que garantiza una detectabilidad óptima de los rayos X.

^{Muestra de óxido de manganeso antes y después de la molienda en el PM 100. La muestra se prensa en forma de pellet para el análisis por fluorescencia de rayos X.}

Para la XRD, se requiere un proceso de molienda más suave y tamaños de partícula aún más finos para preservar la estructura de la red cristalina de la muestra. El molino XRD McCronees idóneo para esta aplicación.

^{Muestra de mineral de cobre en su estado original (izquierda), pretriturada en una trituradora de mandíbulas (centro) y preparada con el XRD-Mill McCrone para el análisis de la estructura molecular mediante difracción de rayos X.}

Vea nuestro póster temático interactivo con vídeos breves sobre la preparación de muestras para XRF/XRD.

Preparación de muestras de materiales de baterías que contienen metales

El análisis de materiales de ánodos y cátodos es un elemento fundamental del control de calidad y la investigación. Comprender la composición, la estructura y las propiedades de estos componentes clave es crucial para optimizar el rendimiento, la capacidad y la vida útil de la batería.

En una batería de iones de litio, un electrodo consiste en un recubrimiento de material activo (óxido metálico o un compuesto a base de carbono) sobre un colector de corriente (aluminio o cobre). Debido al componente metálico, la trituración de los electrodos es un reto. En los procesos de reciclado se encuentran mezclas de materiales similares de polvo de electrodos y componentes metálicos. Las muestras grandes pueden triturarse utilizando un molino de corte. Para una molienda fina, los molinos de bolas pueden ser una opción, si bien hay que señalar que los molinos de bolas no trituran, sino que tienden a aplanar las partículas metálicas. No obstante, los polvos que contienen partículas metálicas pueden pulverizarse hasta cierto punto, especialmente cuando se aplica la molienda criogénica.

Preparación de muestras de polímeros

Los polímeros utilizados en los componentes de las baterías tienen requisitos especiales de resistencia mecánica y térmica, por lo que el análisis de su composición química es esencial para conocer sus limitaciones y formular la composición adecuada. Los molinos de corte se utilizan para la trituración previa de partes poliméricas macroscópicas, a la que suele seguir la trituración en un molino de bolas. En ambos casos, puede ser necesario congelar la muestra en nitrógeno líquido para garantizar una trituración eficaz.

El CryoKit permite el enfriamiento manual de la muestra antes de la molienda en el molino de bolas. Además, RETSCH ofrece molinos con sistema de refrigeración integrado, como el CryoMill y el molino mezclador MM500 control. Estos molinos de bolas de laboratorio están especialmente diseñados para moler materiales elásticos en condiciones criogénicas. Mientras la muestra se enfría a temperaturas extremadamente bajas, el molino mantiene activamente el recipiente de molienda a una temperatura constante de -196 °C, lo que garantiza una molienda eficiente y eficaz.

^{Enfriamiento de la muestra de polímero con el CryoKit}

^{Muestra de polímero triturada en el CryoMill}

^{Muestra de polímero triturada en el MM 500 control}

Molinos de bolas de laboratorio con control activo de la temperatura

El procesamiento de materiales en molinos de bolas genera a menudo temperaturas elevadas, superiores a 80 °C, que pueden tener un impacto negativo cuando se trabaja con muestras sensibles a la temperatura. Puede ser necesario enfriar o incluso congelar los materiales de las muestras para facilitar la trituración, evitar la aglomeración, mantener la integridad de la muestra para su posterior análisis o controlar las reacciones mecanoquímicas. El aumento de la temperatura se debe principalmente a los efectos de impacto y fricción dentro del recipiente de molienda y está influido por el diseño del molino y su capacidad para disipar el calor. RETSCH tiene en cuenta estos factores ofreciendo molinos de bolas con opciones de control activo de la temperatura para mantener bajas las temperaturas del recipiente durante la molienda o para congelar las muestras para su fragilización.

Emax

El Emax está equipado con un sistema de refrigeración integrado. El usuario puede fijar una temperatura máxima, lo que permite realizar pausas automáticas de refrigeración durante el funcionamiento.

MM 500 control

El MM 500 control enfría los recipientes de molienda de forma continua durante el funcionamiento con fluidos térmicos como agua, glicol o nitrógeno líquido. De este modo, se puede alcanzar una temperatura mínima de -100 °C y también es posible calentar los recipientes.

CryoMill

El CryoMill dispone de un sistema de refrigeración integrado que enfría continuamente el recipiente de molienda con nitrógeno líquido antes y durante el proceso de molienda, lo que permite un enfriamiento máximo hasta -196°C. 

Tecnología de baterías - FAQ