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機械合金法在電池制備上的應用

——以高能球磨儀為例

1機械合金法簡介

上世紀60年代末，美國國際鎳公司用機械合金法第一次制備成功耐高溫鎳鐵合金并以此申請專利。機械合金研磨需要有強勁的動能把固體粉末結(jié)合在一起，行星式球磨儀產(chǎn)生的高能撞擊可以提供所需能量。在研磨球的撞擊和擠壓下，細粉顆粒會發(fā)生塑性形變并且焊合在一起。所以機械合金法可以彌補傳統(tǒng)高溫熔融無法制備的樣品的不足，并且可以制備更大自由度混合比的樣品。

2高能球磨儀 — 更適合用機械合金法進行電池材料的實驗室制備

轉(zhuǎn)化率更高、更省時

對于難融合的樣品，球磨機械合金法可以提供高能量輸出的撞擊和摩擦。實驗顯示Emax的時間明顯少于行星式球磨儀，不僅如此，最后的結(jié)果也顯示轉(zhuǎn)化率 更高，無定形態(tài)更少、發(fā)熱結(jié)塊現(xiàn)象也更少。

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案例一：用高能球磨儀制備硅鍺合金

硅（Si）和鍺（Ge）都是最通用常見半導體材料—是光電電池和晶體管產(chǎn)業(yè)的基石。硅鍺合金材料性質(zhì)如帶隙可以由改變硅和鍺混合比例來調(diào)整。熱電合金材料用于制造航天熱偶發(fā)電機，保證了空間探索和試驗設(shè)備的動力供應。

相較于常規(guī)球磨儀，Emax機械合金實驗的時間大大縮短，可節(jié)省大致50% 的時間。

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案例二：用高能球磨儀制備鎳錳酸鋰電池材料

鎳錳酸鋰材料具有尖晶石結(jié)構(gòu)，相比于鈷酸鋰材料的層狀結(jié)構(gòu)，尖晶石結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，具有三維鋰離子擴散通道，更加有利于鋰離子的擴散。鎳錳酸鋰材料的工作電壓平臺高達4.7V，可逆容量達到146mAh/g，相比于鈷酸鋰材料的3.7V工作電壓平臺，具有非常大的優(yōu)勢。反應在電池包上面，鎳錳酸鋰與鈷酸鋰正極材料相比，其輸出電壓高、成本低、環(huán)境友好。

與普通行星式球磨儀相比，高能球磨儀Emax效率更高更省時。