锂离子电池关键工艺.doc

锂离子电池关键工艺锂离子电池关键工艺1. 四大正极材料的压实密度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，不利于锂离子的嵌入嵌出 现在常用的正极材料 (钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等 )和负极材料（人造石墨、天然石墨、复合石墨等），由于材质不同，压实密度也有较大的差别。