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簡述四大電池正極材料的壓實密度

鉅大LARGE  |  點擊量:3172次  |  2018年11月14日  

眾所周知,壓實密度一般受真密度和材料形貌結構的影響。

真密度

材料的壓實密度主要受真密度影響比較大,不同材料的真密度分別為:鈷酸鋰:5.1,錳酸鋰:4.2,磷酸鐵鋰3.6,三元材料受組成的不同,真密度有所變化,一般的111型,以美國3M的BC-618為例,約為4.8,所以按照真密度的由大到小來排列,四種材料的順序如下:鈷酸鋰>三元>錳酸鋰>磷酸鐵鋰,這也與目前壓實密度的趨勢完全一致,可見,真密度是影響一種材料壓實的最大影響因素。

 淺談四大正極材料的壓實密度

形貌結構

材料的表面光滑程度,二次顆粒內部空隙的大小,材料的規(guī)整程度,這些都是影響材料壓實密度的因素,目前的鈷酸鋰是一次顆粒,這也就不存在二次顆粒內部間隙的影響,我公司的錳酸鋰和三元材料也做成了類鈷酸鋰的一次顆粒(錳酸鋰可以成為單晶,三元材料存在爭議),也把壓實密度分別提高到了錳酸鋰(2.9-3.2),三元(3.7-3.9),至于磷酸鐵鋰,(比較特殊,會在倍率性能部分說明)由于材料的納米化,限制了其壓實的進一步提高,粒徑分布是比較復雜的因素,合理的粒徑分布可以適當的提高壓實,這些可以一般可以根據自己的產品作相應的調整。

倍率性能

倍率性能屬于電化學性能,與材料的客觀的壓實密度無關,但是考慮到在電池的應用中,就有必要細細說明。單純從材料本身的倍率性能而言(排除粒徑影響)錳酸鋰>鈷酸鋰>三元材料>磷酸鐵鋰。為了保證材料的倍率性能,目前產業(yè)化的產品都在工藝上進行了調整,以保證其倍率性能,所以目前的D50一般的范圍來說也是和倍率性成正比,倍率性越好的產品,一般可以做到粒徑越大,因為大的粒徑可以保證材料的壓實密度更高一些(雖然二者比例不是嚴格的對應),當然,特殊領域的追求高倍率產品屬于例外。

所以,我們可以合理認為:倍率性能在一定程度上限制了壓實密度的提高。

以上為壓實密度的說明,對于一些客戶對于目前的一次顆粒產品壓實及其倍率性能的疑問,特作如下說明:

(補充:我們提高壓實的途徑:把產品做成類鈷酸鋰的一次顆粒)

單晶一次顆粒的壓實密度高于二次顆粒,這是毋庸置疑的,但是帶來的新的問題就是可能影響倍率性能,因為倍率性能與鋰離子在顆粒內部的傳輸速率相關性很大,一般粒徑越小,傳輸速率越快(這也是磷酸鐵鋰必須納米化的主要原因),普通的二次顆粒的小顆粒都是納米級或者1微米以下,所以即使二次顆粒的粒徑D50大于做到十幾甚至幾十微米,倍率性能依然不錯,但是單晶一次顆粒的另一個好處是,自由長成的晶體表面很光滑,與導電劑接觸很緊密,此外,高溫下自由長成的晶體內部晶格缺陷很少,使里離子傳輸更加暢通,此外,我們把粒徑做小(小于二次團聚顆粒)也有助于倍率性能的提高。至于具體的性能很多客戶都做過具體測試,不做過多說明。

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