锂离子电池关键工艺.doc

锂离子电池关键工艺1. 四大正极材料的压实密度众所周知,压实密度一般受真密度和材料形貌结构的影响。1.1 真密度材料的压实密度主要受真密度影响比较大，不同材料的真密度分别为：钴酸锂：5.1，锰酸锂：4.2，磷酸铁锂3.6，三元材料受组成的不同，真密度有所变化，一般的111型，以美国3M的BC-618为例，约为4.8，所以按照真密度的由大到小来排列，四种材料的顺序如下：钴酸锂三元锰酸锂磷酸铁锂，这也与目前压实密度的趋势完全一致，可见，真密度是影响一种材料压实的最大影响因素。1.2 形貌结构材料的表面光滑程度，二次颗粒内部空隙的大小，材料的规整程度，这些都是影响材料压实密度的因素，目前的钴酸锂是一次颗粒，这也就不存在二次颗粒内部间隙的影响，我公司的锰酸锂和三元材料也做成了类钴酸锂的一次颗粒（锰酸锂可以成为单晶，三元材料存在争议），也把压实密度分别提高到了锰酸锂（2.9-3.2），三元（3.7-3.9），至于磷酸铁锂，（比较特殊，会在倍率性能部分说明）由于材料的纳米化，限制了其压实的进一步提高，粒径分布是比较复杂的因素，合理的粒径分布可以适当的提高压实，这些可以一般可以根据自己的产品作相应的调整。1.3 倍率性能倍率性能属于电化学性能，与材料的客观的压实密度无关，但是考虑到在电池的应用中，就有必要细细说明。单纯从材料本身的倍率性能而言（排除粒径影响）锰酸锂钴酸锂三元材料磷酸铁锂。为了保证材料的倍率性能，目前产业化的产品都在工艺上进行了调整，以保证其倍率性能，所以目前的D50一般的范围来说也是和材料自身的倍率性成正比，自身倍率性越好的材料，一般可以做到粒径越大，因为大的粒径可以保证材料的压实密度更高一些（虽然二者比例不是严格的对应），当然，特殊领域的追求高倍率产品属于例外。所以，我们可以合理认为：倍率性能在一定程度上限制了压实密度的提高。以上为压实密度的说明，对于一些客户对于目前的一次颗粒产品压实及其倍率性能的疑问，特作如下说明：（补充：我们提高压实的途径：把产品做成类钴酸锂的一次颗粒）单晶一次颗粒的压实密度高于二次颗粒，这是毋庸置疑的，但是带来的新的问题就是可能影响倍率性能，因为倍率性能与锂离子在颗粒内部的传输速率相关性很大，一般粒径越小，传输速率越快（这也是磷酸铁锂必须纳米化的主要原因），普通的二次颗粒的小颗粒都是纳米级或者1微米以下，所以即使二次颗粒的粒径D50大于做到十几甚至几十微米，倍率性能依然不错，但是单晶一次颗粒的另一个好处是，自由长成的晶体表面很光滑，与导电剂接触很紧密，此外，高温下自由长成的晶体内部晶格缺陷很少，使里离子传输更加畅通，此外，我们把粒径做小（小于二次团聚颗粒）也有助于倍率性能的提高。至于具体的性能很多客户都做过具体测试，不做过多说明。2. 压实密度定义压实密度的计算公式：压实密度=面密度/材料的厚度 在锂离子电池设计过程中，压实密度=面密度/(极片碾压后的厚度集流体厚度) ，单位：g/cm3 压实密度分为：负极压实密度Anode density（或称为阳极压实密度）和正极压实密度Cathode density（或称为阴极压实密度）。锂离子动力电池在制作过程中，压实密度对电池性能有较大的影响。通过实验证明，压实密度与片比容量，效率，内阻，以及电池循环性能有密切的关系。找出最佳压实密度对电池设计很重要。一般来说，压实密度越大，电池的容量就能做的越高，所以压实密度也被看做材料能量密度的参考指标之一。压实密度不光和颗粒的大小、密度有关系，还和粒子的级配有关系，压实密度大的一般都有很好的粒子正态分布。可以认为，工艺条件一定的条件下，压实密度越大，电池的容量越高。 实验得出以下结论：合适的正极压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命，提高锂离子电池的利用率。在压实密度过大或过小时，不