傳統意義上來說,合成新物質都是通過化學反應來實現的,但基礎理論的研究結果表明,化學合成過程中其實也就是能量的轉變引起的,因此高能機械球磨法逐漸成為制備新物質的一種重要途徑。高能機械球磨法的基本原理與化學合成的方法相似,都是通過機械能轉換來促進化學反應的發生,從而誘導材料組織結構以及性能發生變化,一般又被稱為機械化學法。
用于制備電極材料
與傳統的液態電池不同,固態電池中界面的接觸都是固接觸,固態界面上有限的活性位點極大地限制了離子在界面上的傳輸,導致極大的界面阻抗。因此,構建一個良好的界面接觸是提高全固態電池電化學性能有效的途徑和方法。
為了解決這一問題,眾多研究者對電極材料做了相應研究,而在研究中發現在眾多的制備方法中,高能球磨法能夠取得優異的效果,并且以便捷與高效的特點在制備方法中突出。
對于正極材料:實驗人員研究了降低Li2S活性材料顆粒尺寸對電池電化學的影響,他們通過高能球磨法來降低Li2S正極的尺寸,并發現了降低正極材料顆粒大小有效提高了電池的可逆性能和倍率性能。
此外,他們對比了手磨和球磨正極對電化學性能的影響,并發現球磨可使顆粒間的接觸更加緊密,提供更多的活性位點并促進鋰離子的傳輸。
對于負極材料:目前,實現工業化生產鋰離子電池負極材料主要是碳負極,但隨著電動汽車業的飛速發展,碳負極材料已明顯滿足不了鋰離子動力電池的需求。
鋰鈦氧化物是電池負極材料研究的一個熱點。尖晶石型Li4Ti5O12的制備方法,主要有固相反應法、溶膠—凝膠法,從工業化實現角度考慮,固相反應法最有可能被采用。劉盛林研究了一種采用高能球磨法用途制備鋰鈦氧化物的方法,主要包括濕法預磨、高能球磨制備前軀體、高溫合成Li4Ti5O12等。
用于制備固態電解質
在全固態鋰離子電池中,固體電解質扮演了關鍵性的角色,不僅能傳導鋰離子,而且還可以當隔膜使用,簡化了工藝操作流程。另外固體電解質的鋰離子電導率決定了全固態電池的性能,所以,為了提高全固態電池的電化學性能,即提高充放電容量和循環次數,必須制備出具有高鋰離子電導率的固體電解質。
目前對于固態電池的電解質研究,主要有三大路線,分別為氧化物、硫化物及聚合物電解質。其中硫化物電解質發展相對迅速,比較有發展前景,很有可能實現商業化生產。
在硫化物固體電解質中,研究最多的體系是xLi2S-(100-x)P2S5硫化物微晶玻璃。采用高能球磨法制備固態電解質70Li2S-30P2S5,通過球磨Li2S和P2S5粉體,整體氣氛在Ar氣中進行,在60h小時后,成功制備了70Li2S-30P2S5。