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電池原材料:磷酸鐵鋰如何改善

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:988次  |  2018年11月11日  

根本的是從材料上進(jìn)行改善,如提高導(dǎo)電性加大顆粒、顆粒球形化等,短時(shí)間內(nèi)可能有效果較為有限。立足現(xiàn)有材料,從電池加工的角度來說,改善的途徑,可從以下幾項(xiàng)進(jìn)行嘗試:

1.采用“線性”的導(dǎo)電劑

所謂的“線形”“顆粒形”導(dǎo)電劑是筆者形象的說法,學(xué)術(shù)上可能不是如此描述。

采用“線形”導(dǎo)電劑,目前主要是VGCF(碳纖維)和CNTs(碳納米管)、金屬納米線等。它們直徑在幾個(gè)納米到幾十納米,長(zhǎng)度在幾十微米以上甚至于幾厘米,而目前常用的“顆粒形”導(dǎo)電劑(如SuperP,KS-6)尺寸一般在幾十個(gè)納米,電池材料的尺寸為幾個(gè)微米。“顆粒形”導(dǎo)電劑和活性物質(zhì)組成的極片,接觸類似點(diǎn)和點(diǎn)之間的接觸,每個(gè)點(diǎn)能只與周圍的點(diǎn)發(fā)生接觸;“線形”導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)組成的極片中,是點(diǎn)和線、線和線的接觸,每個(gè)點(diǎn)可以同時(shí)和多根線接觸,每根線也可以同時(shí)和多根線接觸,接觸的節(jié)點(diǎn)更多,導(dǎo)電通道也就更為通暢,導(dǎo)電能力也就更好。使用多種不同形態(tài)的導(dǎo)電劑組合,可以發(fā)揮更好的導(dǎo)電效果,具體如何使選擇導(dǎo)電劑,對(duì)于電池制作是一個(gè)很值得探索的問題。

使用CNTS或者VGCF等“線性”導(dǎo)電劑可能產(chǎn)生的影響有:

(1)線性導(dǎo)電劑在一定程度上提升粘結(jié)效果,提高極片柔韌性和強(qiáng)度;

(2)減少導(dǎo)電劑用量(記得曾有報(bào)道說CNTS的導(dǎo)電效能為同質(zhì)量(重量)常規(guī)顆粒導(dǎo)電劑的3倍),綜合(1),膠用量也有可能降低,活性物質(zhì)含量可提高;

(3)改善極化,降低接觸阻抗,改善循環(huán)性能;

(4)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)接觸節(jié)點(diǎn)多,網(wǎng)絡(luò)更為完善,倍率性能較常規(guī)導(dǎo)電劑更為出色;散熱性能提升,對(duì)高倍率電池很有意義;

(5)吸收性能得到改善;

(6)材料價(jià)格較高,成本上升。1Kg導(dǎo)電劑,常用的SUPERP僅為數(shù)十元,VGCF大約兩三千元,CNTS比VGCF略高(當(dāng)添加量為1%時(shí),1KgCNTs以4000元計(jì)算,大約每Ah成本增加0.3元);

(7)CNTS、VGCF等比表面較高,如何分散是使用中必需解決的一個(gè)問題,否則分散不好性能得不大發(fā)揮??山柚暦稚⒌仁侄巍S蠧NTs廠家提供分散好的導(dǎo)電液。

2.改善分散效果

分散效果好的漿料,則顆粒接觸團(tuán)聚的概率會(huì)大為降低,漿料的穩(wěn)定性會(huì)得到很大改善。通過配方、配料工步的改善在一定程度上可以改善分散效果,采用前面提及的超聲分散也是一個(gè)有效方法。

3.改進(jìn)漿料轉(zhuǎn)移過程

漿料儲(chǔ)存時(shí)可考慮提高攪拌速度避免漿料粘稠;對(duì)于使用周轉(zhuǎn)桶轉(zhuǎn)移漿料的,盡可能縮短出料到涂布的時(shí)間,有條件的改用管道輸送,改善漿料粘稠現(xiàn)象。

4.采用擠壓涂布(噴涂)

擠壓涂布可以改善刮刀涂布表面紋路、厚度不均等現(xiàn)象,但是設(shè)備價(jià)格較高,對(duì)漿料的穩(wěn)定性要求較高。

干燥困難

由于磷酸鐵鋰比表面大、粘結(jié)劑用量大,制備漿料時(shí)所需要的溶劑用量也就大,涂布后干燥也就較為困難。如何控制溶劑的揮發(fā)速度,則是一個(gè)值得關(guān)注的問題。溫度高、風(fēng)量大,干燥速度快,產(chǎn)生的空隙也就大,同時(shí)還可能帶動(dòng)膠質(zhì)的遷移,導(dǎo)致涂層中材料分布不均,如果膠質(zhì)在表層產(chǎn)生聚集,則會(huì)阻礙帶電粒子的傳導(dǎo),增大阻抗。溫度低、風(fēng)量低,溶劑逸出慢,干燥時(shí)間長(zhǎng),產(chǎn)能低。

粘結(jié)性能較差

磷酸鐵鋰材料的顆粒小,比表面比比鈷酸鋰、錳酸鋰配增大了很多,需要的粘結(jié)劑也就更多。但是粘結(jié)劑用多了,降低活性物質(zhì)的含量,能量密度就降低,所以可能的情況下,電池生產(chǎn)過程中會(huì)盡力減少粘結(jié)劑用量。為改善粘結(jié)效果,目前磷酸鐵鋰加工的通用做法一方面提高粘結(jié)劑的分子量(分子量高,粘結(jié)能力提高,但是分散越困難、阻抗越高),一方面是提高粘結(jié)劑用量。目前似乎結(jié)果還不是讓人滿意。

柔韌性較差

目前磷酸鐵鋰極片加工時(shí),普遍感覺極片較硬、較脆,對(duì)疊片來說可能影響不是稍小,但對(duì)是在卷繞時(shí),則是很為不利。極片柔韌性不好,卷繞彎曲時(shí)就容易掉粉、斷裂,導(dǎo)致短路等不良。這方面的機(jī)理解釋尚不清楚,猜測(cè)是顆粒小,涂層的彈性空間小。降低壓實(shí)密度可以有所改善,但是這樣體積能量密度也就降到。原本磷酸鐵鋰的壓實(shí)密度就比較低,降低壓實(shí)密度是不得以才會(huì)采取的手段。

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