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    如何有效提高三元材料的壓實密度?

    中國粉體網 2018/7/16 08:59:17 點擊 4844 次

    導讀 影響正極極片壓實密度的主要因素主要有以下四點:①材料真密度②材料形貌③材料粒度分布④極片工藝。

    中國粉體網訊  影響正極極片壓實密度的主要因素主要有以下四點:①材料真密度②材料形貌③材料粒度分布④極片工藝。


    1、材料真密度


    幾種商業正極材料的真密度和目前所能達到的壓實密度見表(表中所選三元材料為NCM111)七星彩论坛区,可以看出,幾種材料的真密度:鈷酸鋰>三元材料>錳酸鋰>磷酸鐵鋰,這和壓實密度的規律一致。需要指出的是,不同組分三元材料的真密度隨組分的變化而變化。

    幾種商業正極材料的真密度和壓實密度范圍


    2、材料形貌


    三元材料和鈷酸鋰的真密度差別并不大七星彩论坛区,從上表可以看出,NCM111和鈷酸鋰的真密度只差0.3g·cm-3,壓實密度卻比鈷酸鋰低0.5g·cm-3七星彩论坛区,甚至更高,導致這個結果的原因很多,但最主要的原因是鈷酸鋰和三元材料的形貌差別。


    目前商業化的鈷酸鋰是一次顆粒七星彩论坛区,單晶很大,三元材料則為細小單晶的二次團聚體,如圖所示。從圖中可看出,幾百納米的一次顆粒團聚成的三元材料二次球,本身就有很多空隙七星彩论坛区;而制備成極片后,球和球之間也會有大量的空隙。以上原因使三元材料的壓實密度進一步降低。

    鈷酸鋰和三元材料SEM圖


    3、材料粒度分布


    等徑球在堆積時,球體和球體之間會有大量的空隙,若沒有合適的小粒徑球來填補這些空隙,堆積密度就會很低。所以合適的粒度分布能提高材料的壓實密度,而不合理的粒度分布則造成壓實密度顯著降低。


    4、極片工藝


    極片的面密度七星彩论坛区,黏結劑和導電劑的用量都會影響壓實密度。常見導電劑和黏結劑的真密度見如表七星彩论坛区。從表中可以看出,


    常見導電劑和黏結劑的真密度


    材料的真密度對壓實密度的影響是無法改變的,但從壓實密度和真密度的對比中可以看出七星彩论坛区,三元材料的壓實密度還有很大的提升空間。


    如何提高壓實密度


    目前提高壓實密度的方法主要從材料形貌、材料粒度分布、極片工藝三方面入手。例如將三元材料的形貌制備成和鈷酸鋰類似的大單晶;優化三元材料粒度分布;極片制作時使用導電性好的導電劑以降低導電劑用量,調漿過程高速分散,使導電劑和黏結劑均勻分散等等。


    下面是從優化三元材料形貌和粒度方面來提升三元材料壓實密度的實例七星彩论坛区。


    1、優化形貌


    常見幾種三元材料的形貌及其極片(輥壓后)的SEM圖如圖所示七星彩论坛区。其中(a)七星彩论坛区、(c)、(e)為三種不同形貌的三元材料的SEM圖七星彩论坛区,放大倍數相同七星彩论坛区。(b)、(d)、(f)分別為(a)、(c)七星彩论坛区、(e)的輥壓后極片低倍SEM圖。


    (a)所示是最常見的三元材料形貌,即小單晶的二次團聚體,其輥壓后的極片SEM圖如(b)所示,二次顆粒之間有較大空隙,且部分二次顆粒已經被壓碎七星彩论坛区,部分沒有接觸到黏結劑的小單晶已經脫落;(c)的形貌為一次單晶三元材料七星彩论坛区,但比(a)的單晶稍大一些,從其對應極片(d)可以看出,單晶顆粒之間有少量空隙,因為不存在二次顆粒破碎的問題七星彩论坛区,所以只要黏結劑分散均勻,便不存在單晶從極片脫落的問題;(e)雖然也是二次團聚體,但是單晶很大,單晶和單晶之間接觸并不是很緊密七星彩论坛区,從其對應極片(f)可以看出七星彩论坛区,顆粒和顆粒之間的空隙很少,如果使用高速混合機來制備漿料,效果會更好。


    圖中(a)、(c)、(e)三種形貌的材料對應的壓實密度結果對應(g)中的a、c、e。從圖中可以看出,(a)形貌的材料壓實密度最低,但和(c)的壓實密度相差不多,(e)的壓實密度比(a)和(c)的高很多,已經達到3.9g·cm-3。



    不同形貌三元材料及其極片SEM圖、壓實密度對比


    2七星彩论坛区、優化粒度分布


    D50接近的材料,若D10、D90、Dmin、Dmax有差別七星彩论坛区,也會造成壓實密度不同七星彩论坛区。粒度分布太窄或粒度分布太寬都會使材料壓實密度降低。對于粒度分布的影響,有的電池廠家會對正極材料生產商提出要求,而有的電池廠家則通過混合不同粒度分布的產品來達到提高壓實密度的目的七星彩论坛区,如圖所示。


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