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怎样提高锂电池包极片的压实密度?

日期:2018-07-19 09:10  浏览量:

  怎样提高锂电池包极片的压实密度?在整个锂电原材料价格波动相当剧烈的背景下,动力电池企业最为关键的是,如何在一个季度左右的时间节点去判断电池材料价格的走势。

  研究发现,除了锂电池包电极活性物质的固有属性,电极的微观结构对电池的能量密度和电化学性能也有十分重大的影响。在未经碾压的电极中,仅有50%的空间被活性物质所占据,提高压实密度,可以有效的提高电极的体积能量密度和重量能量密度。

  目前,影响正极极片压实密度的因素主要有以下四点:材料真密度;材料形貌;材料粒度分布;极片工艺;通过优化这些影响因素,便可以通过提高压实密度进而提高能量密度。

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  (1)材料真密度

  目前商业化正极材料的真密度:钴酸锂>三元材料>锰酸锂>磷酸铁锂,这和压实密度规律一致,材料的真密度对压实密度的影响是无法改变的。

  ▼几种商业正极材料的真密度和压实密度范围

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  注:不同组分三元材料真密度不同

  目前钴酸锂压实密度和真密度的差值已经小于1.0g·cm-3,若三元材料也达到这个数值,那压实密度可达到3.8g·cm-3,目前提高压实密度的方法主要从材料形貌、材料粒度分布、极片工艺三方面入手。

  (2)材料形貌

  目前商业化的钴酸锂是一次颗粒,单晶很大,三元材料则为细小单晶的二次团聚体,如图所示,几百纳米的一次颗粒团聚成三元材料二次球,本身就有很多空隙;而制备成极片后,球和球之间也会有大量的空隙,以上原因使三元材料的压实密度进一步降低。

  如果将三元材料的形貌制备成和钴酸锂类似的大单晶则可有效提高其压实密度(3.8g·cm-3以上),但目前工艺还不成熟,产品容量和首放效率都比常规产品低。

  (3)材料粒度分布

  三元材料的粒度分布对其压实密度产生影响的原因和三元材料的球形形貌有关,等径球在堆积时,球体和球体之间会有大量的空隙,若没有合适的小粒径来填补这些空隙,堆积密度就会很低,所以合适的粒度分布能提高材料的压实密度。

  优化三元材料粒度分布可提高其压实密度,D50接近的材料,若D10、D90、Dmin、Dmax有差别,也会造成压实密度不同。粒度分布太窄或粒度分布太宽都会使材料压实密度降低,对于粒度分布的影响,有的电池厂家会对正极材料生产商提出要求,而有的电池厂家则通过混合不同粒度分布的产品来达到提高压实密度的目的。

  (4)极片工艺

  极片的面密度,黏结剂和导电剂的用量都会影响压实密度,导电剂和黏结剂的真密度非常低,加入量越多则极片压实密度越低。

  因此,极片制作时使用导电性好的导电剂以降低导电剂用量;另外,调浆过程高速分散,使导电剂和黏结剂均匀分散等也可提高压实密度。

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