電池在制作過程中,壓實(shí)密度對電池性能有較大的影響。壓實(shí)密度越大,對鋰電池正負(fù)極材料的擠壓破壞程度越大,電解液就越難浸潤,電池的循環(huán)性能就越差。因此,找出最佳壓實(shí)密度對電池設(shè)計(jì)非常重要。
那么影響鋰電池正極材料極片壓實(shí)密度的壓實(shí)密度有哪些呢?
1.材料真密度
目前幾種商業(yè)廠家的鋰電池正極材料的真密度和目前所能達(dá)到的壓實(shí)密度見表(表中所選鋰電池三元材料為NCM111),可以看出,幾種材料的真密度:鈷酸鋰>鋰電池三元材料>錳酸鋰>磷酸鐵鋰,這和壓實(shí)密度的規(guī)律一致。需要指出的是,不同組分鋰電池三元材料的真密度隨組分的變化而變化。
幾種商業(yè)鋰電池正極材料的真密度和壓實(shí)密度范圍
2.材料形貌
從上表可以看出,鋰電池三元材料(NCM111)和鈷酸鋰的真密度差別并不大,壓實(shí)密度卻比鈷酸鋰低0.5g·cm-3,甚至更多,導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果最主要的原因之一就是鈷酸鋰和鋰電池三元材料的形貌差別。
目前商業(yè)化的鈷酸鋰是一次顆粒,單晶很大,鋰電池三元材料則為細(xì)小單晶的二次團(tuán)聚體。多個(gè)一次顆粒團(tuán)聚而成的鋰電池三元材料二次球,本身就有很多空隙;而制備成極片后,內(nèi)部依然存在大量的空隙,這也使鋰電池三元材料的壓實(shí)密度降低。
3.材料粒度分布
材料的粒度分布對壓實(shí)密度也會(huì)有一定影響。物料堆積時(shí),內(nèi)部球體和球體之間會(huì)有大量的空隙,若沒有合適的小粒徑球來填補(bǔ)這些空隙,堆積密度就會(huì)很低,因此合適的粒度分布能提高材料的壓實(shí)密度。
4.極片工藝
極片的面密度,黏結(jié)劑和導(dǎo)電劑的用量都會(huì)影響壓實(shí)密度。
材料的真密度對壓實(shí)密度的影響是無法改變的,但從壓實(shí)密度和真密度的對比中可以看出,鋰電池三元材料的壓實(shí)密度還有很大的提升空間。