锂电池定制16年-动力锂电池系统解决方案商

 

锂离子电池的正极和负极材料是典型的粉末材料。电极材料粉末的粒径、比表面积和填充密度与电池的反应速度和能量密度有关。因此，颗粒形状、内部结构和表面性质等因素对电池的能量密度、输出特性和循环特性有很大影响。

粉末性能直接关系到电池的性能，因此电极材料的设计和加工非常重要。本文将介绍粉末技术在锂电池电极材料中的应用。

 

电极材料和粉末技术

控制电极材料的粒度

电极材料的粒度对锂离子电池的性能起着决定性的作用。通常，电极材料的粒度会直接影响电池浆料和极片的制备。大颗粒浆料粘度低，流动性好，溶剂用量少，固体含量高。当粉末的粒度减小时，可以在一定程度上提高压实密度和压实能力。

电极材料的粒度通常通过激光粒度分析仪进行测试，并且当累积分布为50%时，粒度分布曲线中最大颗粒的当量直径D50被视为电极材料的平均粒度。以正极材料为例，正极材料的粒度和分布与前驱体的制备、烧结和破碎过程密切相关。

 

 

例如钴酸锂一般是以四氧化三钴和碳酸锂为原料制备的，其烧结特性非常好，因此对原料的要求相对较低。锂锰氧化物主要使用与碱性锰电池相同的原材料——电解二氧化锰（EMD）。它的生产工艺是通过电解沉积一整块MnO2板，然后通过剥离和破碎获得。

通常，原料本身存在较大的不规则颗粒，因此使用球形锰源前驱体来控制颗粒尺寸分布。当锂镍钴氧化物、锂镍钴锰氧化物和锂镍钴铝酸盐等材料工业化时，通常使用化学共沉淀来实现Ni、co、Mn和Al等元素的原子级混合。并通过控制结晶来实现高密度，这是粉末粒度过程控制的技术类别。

 

控制电极材料的比表面积

通常，当电极材料的比表面积大时，电池的倍率特性更好。然而，它通常更容易与电解质材料发生反应，使循环和储存变得更糟，其比表面积与颗粒大小和分布、表面孔隙率、表面涂层等密切相关。在锂钴氧化物系统中，小颗粒率电极材料产品对应的比表面积最大。

由于磷酸铁锂的导电性较差，颗粒被设计成纳米聚集体的形式，表面覆盖着无定形碳，导致电极材料的比表面积在所有阴极材料中最高。与钴基材料相比，锰基材料固有地难以烧结，并且其比表面积通常更大。

 

 

如何根据材料的性能特点控制满足电池需求的比表面积，也是粉末技术研究在电极材料制备中的应用。

 

控制电极材料的颗粒形态

通过颗粒形态改善电极材料性能的一个典型应用是天然石墨的球化。目前，锂离子电池负极材料制造商的应用正逐步朝着低成本的方向发展，因此全球对天然石墨的研究非常重要。虽然天然石墨作为阳极具有比容量大、放电电压稳定的优点，但也有明显的缺点：

● 在充电过程中，溶剂分子会将石墨片与锂离子共包埋，导致石墨层“剥落”，导致结构损伤，导致电极循环性能迅速恶化；

● 同时，普通天然石墨由于层状结构发达，呈片状，填充时容易与极片平行排列，使锂离子的扩散距离更长，增加了锂离子的散射电阻，降低了充放电性能。

 

 

当天然石墨颗粒被球化时，石墨颗粒的层在所有方向上排列和分布，并且将存在更小的优选取向和更均匀的分布。锂离子具有较短的扩散路径，这提高了放电效率。

类似地，其他材料类型也可以通过适当的球化进行改性和改性。同时，球化处理可以使粉末材料具有更好的填充性和均匀分布，进一步提高锂离子电池的体积能量密度和循环性能。

 

通过涂覆其他粉末材料进行表面改性

镍钴锰三元材料是目前应用最广泛的动力电池正极材料。随着对高能量密度的需求不断增加，高镍化后结构稳定性差和水分敏感性差等问题对实际应用提出了挑战。表面涂层通常用于锂百佳行业，以调节材料的性能。

表面涂层可以有效地稳定高镍材料的结构。表面涂层技术减少了电极材料与电解质的接触面积，从而减少了材料表面杂质与电解质的副反应，提高了三元正极材料表面的电子导电性，提高了材料的循环稳定性。常见的表面涂层材料包括金属氧化物、磷酸盐和其他稳定的电极材料等，它们是目前使用的涂层材料。

 

 

各种粉末材料的混合和分散

在锂离子电池电极的生产中，需要添加活性材料、粘合剂、溶剂和添加剂等各种成分并搅拌以形成浆料。因此，颗粒的分散性和组成的均匀性变得非常重要。电极材料在实际搅拌过程中变化非常复杂，除了强烈的物理效应外，还存在一定的化学效应。

即使宏观上实现了均匀性，在显微镜下仍然存在一些材料颗粒团聚。因此，电极材料的搅拌不仅在宏观上均匀，而且更重要的是，在微观上相对均匀。混合越均匀，就越有利于提高电池的性能。

此外，两种或两种以上电极材料的均匀混合也可以提高电池的性能，或实现一定的成本优化。随着电池技术的不断更新升级，锂电池均化系统、粉体输送等生产设备也在不断创新和改造。

 

 

许多锂电池设备供应商深入研究了混合和分散机制，以实现更高的生产线集成度、更高的效率、更低的能耗和更智能的生产线建设。这些是改进工艺、实现制造更高质量产品的基础，也是粉末技术产业化的体现。

 

结论

粉末技术在锂电池电极材料加工甚至电池制造过程中有许多应用。粉末加工技术已成为摩托车电池、探鱼器电池等锂电池产品制备、后处理和电极生产过程中的关键技术，对提高锂离子电池性能具有重要作用。从粉末技术的角度来看，这是值得讨论的。

粉末行业涵盖了多种行业，其设备和工艺原理往往相互交叉。从粉末的角度对锂电池电极材料有一个新的认识，将有助于整合材料制备和应用技术的关键点，从而找到新的创新点，进一步推动锂电池行业的发展。