提高鋰離子電池能量密度的有效途徑

1.引言

鋰離子電池（LIB）在二次電池中具有最高的能量密度，因而廣泛應(yīng)用于3C產(chǎn)品、電動交通工具、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，要求電池體積小熱容量大，因此，提高鋰電池的能量密度成為研究和生產(chǎn)中的重要課題。

目前，通過提高鋰電池正負(fù)極材料的振實(shí)密度，增加它們在電極中的含量，是提高電池高能量密度的有效途徑之一。鋰電池材料的振實(shí)密度與粒徑、粒徑分布及粒形等有著密切的關(guān)系，通過優(yōu)化前驅(qū)體的燒結(jié)工藝和研磨流程等來提高正負(fù)極材料的振實(shí)密度。

圖1. 鋰電池的能量密度與應(yīng)用

2. 百特BT-310系列振實(shí)密度儀

BT-310系列振實(shí)密度儀是由丹東百特研制的高精度粉體振實(shí)密度測試儀，它符合 GB/T 21354、GB/T31057、GB/T 5162以及ISO 3953和ASTM B527等國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，可應(yīng)用于電極正負(fù)極粉體材料的振實(shí)密度測試。圖3（a）為兩種50g磷酸鐵鋰樣品LFP-1和LFP-2隨振動次數(shù)增加體積的變化曲線，其中LFP-1振實(shí)后的體積為55.5ml，振實(shí)密度為0.9 g/cm³；LFP-2振實(shí)后的體積為46ml，振實(shí)密度為1.09 g/cm³，兩者相比相差20%。顯然，相同體積的鋰電池，用LFP-2做的將有更高的能量密度。圖3（b）為多次測試這兩個樣品振實(shí)密度的重現(xiàn)性，重現(xiàn)性偏差均低于1%，說明BT-310系列具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。

圖2. BT-310系列振實(shí)密度儀

圖3.（a）振實(shí)過程體積變化曲線      （b）百特振實(shí)密度儀的重復(fù)性

3. 兩個樣品振實(shí)密度不同的原因

同為磷酸鐵鋰的LFP-1和LFP-2，為什么振實(shí)密度值相差20%？我們來分析一下它們的粒度分布。我們采用了百特激光粒度儀——Bettersize3000雙鏡頭斜入射激光粒度儀，能全面接收前向、側(cè)向和后向散射光信號，擴(kuò)大了測量范圍，提高了測量精度，是高精度粒度分布測試的首先儀器，為磷酸鐵鋰的質(zhì)量控制、生產(chǎn)工藝控制和應(yīng)用研究提供可靠的粒度測試手段。從圖5可以看出，兩種樣品具有相同的粒徑分布范圍，但D50有著明顯的不同，LFP-1的D50遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于LFP-2的D50，從圖3的分布曲線可以看出，LFP-1內(nèi)部有更多的細(xì)顆粒導(dǎo)致顆粒間空隙更多，振實(shí)密度較低。LFP-2內(nèi)部有較少的細(xì)顆粒導(dǎo)致顆粒間空隙更少，振實(shí)密度較大。

圖4. Bettersize 3000 Plus 激光/圖像粒度粒形分析儀

圖5. LFP-1he LFP -2的粒度分布

4.總結(jié)

粒徑和振實(shí)密度有著密切的關(guān)系，為了優(yōu)化生產(chǎn)過程，制備高性能的鋰離子正負(fù)極材料，高精度激光粒度儀和振實(shí)密度儀是兩種*的測試儀器。