锂电池的正极片压实密度有什么办法？

电池在制作过程中，压实密度对电池功能有较大的影响。一般来说压实密度与极片比容量，功率，内阻，以及电池循环功能有密切的关系。找出最佳压实密度对电池设计非常重要。

一般来说，在资料答应的压实规模内，极片压实密度越大，电池的容量就能做的越高，所以压实密度也被看做资料能量密度的参考指标之一。可是一味的寻求高压实，不但替身不了电池的比容量，还会严峻下降电池比容量和循环功能。

?进步锂电池正极极片的压实密度的办法

压实密度越大，资料颗粒之间的揉捏程度会越大，极片的孔隙度就会越小，极片的吸收电解液的功能就会越差，电解液越难以浸润，那么直接的结果就的资料的比容量发挥较低，电池的保液能力较差，电池循环过程中极化就打，衰减就会较大，内阻添加也尤为显着。因而适宜的正极压实密度能够增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化丢失，延伸电池的循环寿命，进步锂离子电池的利用率。在压实密度过大或过小时，不利于锂离子的嵌入嵌出。那么影响正极极片压实密度的压实密度有哪些呢？影响压实密度的要素

影响压实密度的要素

影响正极极片压实密度的主要要素主要有以下四点：

①资料真密度

②资料描摹

③资料粒度散布

④极片工艺。

资料真密度

现在几种商业厂家的正极资料的真密度和现在所能到达的压实密度见表（表中所选三元资料为NCM111），能够看出，几种资料的真密度：钴酸锂＞三元资料＞锰酸锂＞磷酸铁锂，这和压实密度的规则一致。需要指出的是，不同组分三元资料的真密度随组分的改变而改变。

进步锂电池正极极片的压实密度的办法

几种商业正极资料的真密度和压实密度规模

资料描摹

三元资料和钴酸锂的真密度不同并不大，从上表能够看出，NCM111和钴酸锂的真密度只差0.3g·cm-3，压实密度却比钴酸锂低0.5g·cm-3，乃至更高，导致这个结果的原因许多，但最主要的原因是钴酸锂和三元资料的描摹不同。

现在商业化的钴酸锂是一次颗粒，单晶很大，三元资料则为细小单晶的二次聚会体，如图所示。从图中可看出，几百nm的一次颗粒聚会成的三元资料二次球，自身就有许多空地；而制备成极片后，球和球之间也会有大量的空地。以上原因使三元资料的压实密度进一步下降。

钴酸锂和三元资料SEM图

资料粒度散布

等径球在堆积时，球体和球体之间会有大量的空地，若没有适宜的小粒径球来添补这些空地，堆积密度就会很低。所以适宜的粒度散布能进步资料的压实密度，而不合理的粒度散布则形成压实密度显著下降。

极片工艺

极片的面密度，黏结剂和导电剂的用量都会影响压实密度。常见导电剂和黏结剂的真密度见如表。从表中能够看出，

进步锂电池正极极片的压实密度的办法

常见导电剂和黏结剂的真密度

资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能够看出，三元资料的压实密度还有很大的提高空间。

怎么进步压实密度

现在进步压实密度的办法主要从资料描摹、资料粒度散布、极片工艺三方面下手。例如将三元资料的描摹制备成和钴酸锂类似的大单晶；优化三元资料粒度散布；极片制作时运用导电性好的导电剂以下降导电剂用量，调浆过程高速涣散，使导电剂和黏结剂均匀涣散等等。

下面是从优化三元资料描摹和粒度方面来提高三元资料压实密度的实例。

优化描摹

常见几种三元资料的描摹及其极片（辊压后）的SEM图如图所示。其中(a)、(c)、(e)为三种不同描摹的三元资料的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资料描摹，即小单晶的二次聚会体，其辊压后的极片SEM图如(b)所示，二次颗粒之间有较大空地，且部分二次颗粒现已被压碎，部分没有触摸到黏结剂的小单晶现已脱落；(c)的描摹为一次单晶三元资料，但比(a)的单晶稍大一些，从其对应极片(d)能够看出，单晶颗粒之间有少量空地，由于不存在二次颗粒破碎的问题，所以只要黏结剂涣散均匀，便不存在单晶从极片脱落的问题；(e)虽然也是二次聚会体，可是单晶很大，单晶和单晶之间触摸并不是很严密，从其对应极片(f)能够看出，颗粒和颗粒之间的空地很少，假如运用高速混合机来制备浆料，效果会更好。

图中(a)、(c)、(e)三种描摹的资料对应的压实密度结果对应(g)中的a、c、e。从图中能够看出，(a)描摹的资料压实密度最低，但和(c)的压实密度相差不多，(e)的压实密度比(a)和(c)的高许多，现已到达3.9g·cm-3。

不同描摹三元资料及其极片SEM图、压实密度对比

优化粒度散布

D50接近的资料，若D10、D90、Dmin、Dmax有不同，也会形成压实密度不同。粒度散布太窄或粒度散布太宽都会使资料压实密度下降。对于粒度散布的影响，有的电池厂家会对正极资料生产商提出要求，而有的电池厂家则经过混合不同粒度散布的产品来到达进步压实密度的意图，如图所示。

不同粒度散布的正极资料极片SEM图

过压

形成三元资料极片过压的原因有两种，一种是电池厂家为了寻求电池的高能量密度导致极片过压，例如将压实密度只有3.6g·cm–3左右的三元资料压至3.7g·cm–3乃至更高；另一种是资料厂家制程控制不严格，使不同批次三元资料的压实密度不一致，电池厂家未剖析资料的具体情况，依照常规工艺参数制备极片时将极片过压。

过压后极片的SEM图

极片过压会形成电池容量下降，循环恶化，内阻添加等问题。首先，极片过压会使球形三元资料大面积破碎，新产生的外表有许多脱离了二次球的一次小颗粒，它们要么由于没有触摸到PVDF而从极片上掉落，要么由于没有触摸到导电剂而使极片导电功能部分恶化。新外表的产生也使比外表增大，与电解液的触摸面增大，副反应添加，从而形成电池功能下降，如电池气胀、循环衰减等。过压还会形成铝箔变形，极片脆片，容易折断，电池内阻添加。

另外，过压的极片中，资料颗粒之间的揉捏程度过大，形成极片孔隙率低，极片吸收电解液的量也会下降，电解液难以渗透到极片内部，直接的结果便是资料的比容量发挥变差。保液能力差的电池，循环过程中极化很大，衰减很快，内阻添加显着。

极片是否过压能够经过调查极片是否脆片、做电镜检查资料是否被破碎、预算极片孔隙率等办法来判别。其中极片孔隙率是判别极片吸液量、吸液速率的一项重要指标，对电池功能产生直接影响。

极片孔隙率是指极片辊压后内部孔隙的体积占辊压后极片总体积的百分率。极片孔隙率过低会下降电解液量对极片浸润速率，影响电池功能发挥，过高会下降电池能量密度，糟蹋有效空间。不能为了寻求能量密度而过度进步压实密度。孔隙率的测试能够采用压汞法、氮吸附、吸液法、预算法等，压汞法为常用办法。吸液法具体操作步骤如下：裁取适量极片，并计量所述极片的质量m；计量所述极片的体积V；将所述极片放置到容器中，所述容器内设置有电解液或其他溶剂（溶剂密度为ρ），将所述极片完全浸泡，并浸泡必定时刻；取出所述极片，放置于滤纸上，吸拭至恒重，计量所述极片的质量m1；根据公式ε=（m1–m）/ρV×100％，核算极片的孔隙率ε。预算法较为简单，根据资料的真密度与极片压实密度的差值能够预算极片的孔隙率。极片孔隙率核算方程式如下：

极片孔隙率（％）=（混合物真密度–极片压实密度）/混合物真密度×100％

下表给出了三元资料和钴酸锂在不同压实密度下的孔隙率，数据由上式核算得出。下表的核算根底为：三元极片中包括95％的三元资料，3％导电剂，2％黏结剂（均为质量分数），三元资料的真密度为4.8g·cm–3，导电剂的密度为1.9g·cm–3左右，黏结剂的密度为1.78g·cm–3，那么混合物的真密度约为4.65g·cm–3。钴酸锂极片中包括95％的钴酸锂，3％导电剂，2％黏结剂，LiCoO2的真密度为5.1g·cm–3，导电剂的密度为1.9g·cm–3左右，黏结剂的密度为1.78g·cm–3，那么混合物的真密度约为4.94g·cm–3。

进步锂电池正极极片的压实密度的办法

三元资料和钴酸锂在不同压实密度下的孔隙率典型值