如何提升三元材料压实密度

  【锂电世界】

    分析了影响压实密度的四个主要因素。材料的真密度对压实密度的影响是无法改变的，但从压实密度和真密度的对比中可以看出，三元材料的压实密度还有很大的提升空间。目前钻酸锂压实密度和真密度的差值已经小于l.0g·cm-3，若三元材料也将压实密度和其密度的差值缩小到l.0g·cm-3那材料的压实密度可达到3.8g·cm-3以上。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。

    例如将三元材料的形貌制备成和钴酸锂类似的大单晶；优化三元材料粒度分布；极片制作时使用导电性好的导电剂以降低导电剂用量，调浆过程高速分散，使导电剂和黏结剂均匀分散等等。下面是从优化三元材料形貌和粒度方面来提升三元材料压实密度的几个实例。

    （1）优化形貌
    常见几种三元材料的形貌及其极片（辊压后）的SEM图所示，其中（a）（c）（e）为三种不同形貌的三元材料的SEM图，放大倍数相同。（b）（d）（f）分别为（a）(c)、(e)的辊压后极片低倍SEM图。(a)所示是最常见的三元材料形貌，即小单晶的二次团聚体，其辊压后的极片SEM图如(b)所示，二次颗粒之间有较大空隙，且部分二次颗粒已经被压碎，部分没有接触到黏结剂的小单晶已经脱落；(c)的形貌为一次单晶三元材料，但比(a)的单晶稍大一些，从其对应极片(d)可以看出，单晶颗粒之间有少量空隙，因为不存在二次颗粒破碎的问题，所以只要黏结剂分散均匀，便不存在单晶从极片脱落的问题；(e)虽然也是二次团聚体，但是单晶很大，单晶和单晶之间接触并不是很紧密，从其对应极片(f)可以看出，颗粒和颗粒之间的空隙很少，如果使用高速混合机来制备浆料，效果会更好。图10-4中(a)、(c)、(e)三种形貌的材料对应的压实密度结果对应(g)中的a、c、e。从图中可以看出，(a)形貌的材料压实密度最低，但和(c)的压实密度相差不多，(e)的压实密度比(a)和(c)的高很多，已经达到3.9g· cm-3。（）

    三元材料也可以制备成和钴酸锂一样的大单晶颗粒，其压实密度较高，能达到3.8g。cm-3以上，但目前制备工艺还不成熟，产品容量和首放效率都比常规产品低。该类严品以及钴酸锂的SEM所示，(a)、(b)为单晶在3肛m左右的三元材料不同放大倍率SEM图；(c)、(d)为单晶大小在m左右的三元材料不同放大倍率SEM图；(e)、(f)为大单晶钴酸锂的不同放大倍率SEM图。三种形貌产品的压实密度如图10-5 (g)所示，从图中可以看出，单晶越大的产品压实密度越高。图10-5 (c)- (d)所示三元材料的压实密度已达到4.0g·cm-3，但目前工艺制备出的产品容量和循环性能都较差，不能商业化使用。

    (2)优化粒度分布

    Dso接近的材料，若Dio. 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10-6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目的。