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粒度對(duì)負(fù)極材料有什么影響？

儒特 2020-04-10 | 閱讀：3022

負(fù)極材料作為新能源汽車動(dòng)力電池的核心材料之一，對(duì)新能源汽車的最終性能起著至關(guān)重要的作用。高性能負(fù)極材料的研究成為當(dāng)前鋰離子動(dòng)力電池最為活躍的板塊之一。現(xiàn)階段，商業(yè)化鋰離子電池負(fù)極材料以碳素材料為主，其比容量高(200~400mAh/g)，電極電位低，循環(huán)性能好（1000周以上），理化性能穩(wěn)定。

表1：碳負(fù)極材料主要性能對(duì)比

負(fù)極材料的核心指標(biāo)有：粒度、比表面積、振實(shí)密度、真密度、灰分、pH值。其中粒度又會(huì)影響比表面積和振實(shí)密度，從而影響電池的加工工藝和倍率性能。石墨材料具有高比容量（理論372mAh/g，可逆比容量可以達(dá)到360mAh/g）、低而且平坦的放電平臺(tái)（0.2~0V）、優(yōu)良的循環(huán)性能（可以循環(huán)一千次以上），是鋰離子二次電池常用的的負(fù)極材料之一。石墨材料的顆粒大小對(duì)電極比表面積和邊緣原子的比例有很大影響，從而影響石墨負(fù)極材料的電池的制漿工藝、體積能量密度及首次充電時(shí)的不可逆比容量等。

粒度對(duì)制漿工藝的影響

負(fù)極材料的粒度分布會(huì)直接影響電池的制漿工藝。在相同的體積填充份數(shù)情況下，材料的粒徑越大，粒度分布越寬，漿料的黏度就越小，這有利于提高固含量，減小涂布難度。

圖1：顆粒的粒徑以及分布寬度對(duì)漿料黏度的影響

粒度對(duì)體積能量密度的影響

負(fù)極材料的粒度分布較寬時(shí)，體系中的小顆粒能夠填充在大顆粒的空隙中，有助于增加極片的壓實(shí)密度，提高電池的體積能量密度。

粒度對(duì)不可逆容量的影響

對(duì)不同石墨樣品進(jìn)行恒電流充放電測(cè)試和循環(huán)伏安測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，石墨顆粒越小，能夠與電解液接觸的比表面積越大，首次充放電過程中形成的SEI膜所消耗的電荷就越多，不可逆容量損失也就越大。

粒度對(duì)充放電性能的影響

實(shí)驗(yàn)研究表明，石墨顆粒越小，嵌入時(shí)所需要克服的范德華力也就越小，嵌入越容易進(jìn)行，而且顆粒越小，鋰離子嵌入和脫出的通道數(shù)量相對(duì)越多，越有利于快速達(dá)到完全嵌鋰狀態(tài)，在高速率的掃描條件下，電壓滯后程度就越小，即大電流充放電性能越好。

粒度對(duì)振實(shí)密度的影響

鋰電池負(fù)極材料用的石墨要求石墨微粉振實(shí)密度高，形貌為等積球形，形成產(chǎn)品的成品率高（成球率高）。球形度越高，振實(shí)密度越大，如接近1g/cm3或大于1g/cm3，產(chǎn)品更好。粒度分布越合理（大小有序結(jié)合），振實(shí)密度會(huì)越大。

負(fù)極材料對(duì)粒度的要求

綜上可以看出，負(fù)極材料的粒度過大或過小都會(huì)對(duì)電池的最終性能產(chǎn)生一定的不良影響，所以要從中取一個(gè)平衡，另外粒度的分布也是影響電池性能的重要因素。下表是負(fù)極材料標(biāo)準(zhǔn)中的粒度要求。

表2：負(fù)極材料標(biāo)準(zhǔn)中的粒度要求

負(fù)極材料的粒度主要是由其制備方法決定的。可通過控制原料的種類、反應(yīng)時(shí)間、溫度和壓力等來調(diào)控粒徑。

當(dāng)前全球負(fù)極材料市場(chǎng)已趨于穩(wěn)定，需求量每年穩(wěn)步增長(zhǎng)。但是成本價(jià)格上升、負(fù)極材料企業(yè)增多、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇等導(dǎo)致了行業(yè)整體利潤(rùn)被進(jìn)一步壓縮，預(yù)計(jì)在今后的幾年里全球負(fù)極材料產(chǎn)量增速會(huì)逐漸放緩，高端負(fù)極材料需求量會(huì)增加，所以對(duì)新材料、新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用將是行業(yè)突破瓶頸的關(guān)鍵。

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