Ces dernières années, la concurrence pour créer des technologies de batteries plus durables et plus efficaces s'est accélérée en raison de la demande croissante de véhicules électriques et de systèmes de stockage d'énergie renouvelable. L'Université de Birmingham au Royaume-Uni a mené des recherches sur le mécanisme de la technologie de broyage à billes dans le processus de fabrication des matériaux de batterie , et les résultats de ses recherches pourraient contribuer à une fabrication de batteries plus efficace et plus rentable.

La principale découverte de cette étude révolutionnaire réside dans la capacité du broyage à billes à générer des effets haute tension sur les matériaux des batteries, ce qui modifie avantageusement les propriétés des matériaux. Le broyage à boulets consiste à mélanger et broyer des matériaux avec de petites boules pour générer une pression et une chaleur induites par collision. Des recherches ont montré que ce processus peut rapidement générer un effet haute tension sur le matériau, modifier sa structure cristalline et améliorer considérablement ses performances dans les batteries lithium-ion.

Les chercheurs ont découvert que les collisions entre les billes et les matériaux génèrent des effets de pression importants lorsqu'elles provoquent des changements. Ils ont également constaté qu’en appliquant de la chaleur, certains changements sont réversibles, ce qui indique que la pression est une variable clé du processus. Les chercheurs ont déclaré : « Nous avons utilisé le molybdate de lithium comme système modèle pour étudier les réactions redox dans les batteries, et nous avons remarqué qu'il se transforme en polymorphes de spinelle à haute pression, une structure cristalline spécifique qui n'était auparavant fabriquée que sous très haute pression. Le chauffage local ne peut à lui seul expliquer cette transformation. Nous avons répété des expériences avec trois autres matériaux de batterie pour confirmer notre hypothèse et obtenu des résultats similaires. Cela nous indique que le chauffage local n'est pas le seul facteur contribuant à ces changements.

Certains polymorphes de spinelles à haute pression sont connus pour leurs performances supérieures dans les applications de batteries et, traditionnellement, la production de ces matériaux nécessite un équipement spécialisé capable de générer des températures et des pressions très élevées. Cependant, les chercheurs ont maintenant découvert que le broyage à boulets peut produire des effets similaires en quelques minutes, convertissant des matériaux tels que Li2MoO4 en polymorphes spinelles à haute pression. Auparavant, cette transformation ne pouvait être réalisée que dans des conditions de pression et de température très élevées.

Pour les fabricants de matériaux pour batteries, cette recherche fondamentale sur le processus de broyage à billes est très significative :

1. Rentabilité :

La simplicité et l'efficacité du broyeur à boulets peuvent remplacer le besoin traditionnel d'équipements coûteux et spécialisés pour créer des conditions de haute pression. À l’heure où le marché mondial s’oriente de plus en plus vers les véhicules électriques et où la demande de batteries explose, cette économie de coûts est cruciale.

2. Efficacité énergétique :

As the world strives to address the consequences of climate change, every industry is being scrutinized to reduce its carbon footprint. The energy intensive process involved in the synthesis of traditional battery materials greatly promotes overall emissions related to battery production. Ball milling has the ability to quickly convert necessary materials and is a more energy-efficient process. The reduced energy demand not only reduces operating costs, but also aligns the battery manufacturing industry with global sustainability goals.

3. Extended material options:

The ability to process a wider range of materials has opened up a Xintiandi for battery technology. The creation of high-pressure spinel polymorphs and disordered rock salt phases through ball milling has expanded the variety of materials and may lead to the discovery of more efficient or cost-effective battery application materials. This is a major step forward in the diversification of materials used in battery technology, which can also alleviate supply risks associated with critical materials that are currently limited in scope.

4. New R&D ideas:

These findings also suggest abundant opportunities for further research. Understanding that ball milling not only affects the internal crystal structure, but may also affect the surface structure of battery materials through the generation of shock waves during collisions opens up new research avenues. This can further accelerate the pace of battery technology innovation and drive the industry closer to economically and environmentally feasible solutions.