不同的锂电材料粉体特性对电池性能的影响

随着未来对电池性能要求的不断提高,大家希望电池的充放电容量越来越大,而电池的体积则越来越小。要想做到这一点,有很多路线可以选择,比如选择能量密度更高的材料,或者提高材料的振实密度,相比较更换能量密度更高的材料,控制材料的振实密度其实是一种相对务实的方案。同时正负极材料最后的产品几乎都是粉体颗粒,那么这些颗粒在输送、混合、流动过程中,粉体颗粒的特性就会对这个过程产生较大的影响,比如松装密度、振实密度、休止角、流动性指数等。

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影响粉体的振实密度跟很多因素有关,比如材料本身的分子原子结构和晶型,颗粒的大小和分布,还有颗粒的形态等也会显著影响到其振实密度。以下是几种常见正极材料的粒度和振实密度数据,从这些数据我们可以发现,钴酸锂一般拥有比较好的振实密度,这也是为什么其在手机或者移动设备中广泛应用的原因,振实密度越高, 单位比容量就越有利。相反在所有电池材料中, 磷酸铁锂则振实密度较低,因此从比容量来看, 其显著吃亏。


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一般来说,对于采用相同或者近似工艺的物料,颗粒越大,则其比表面积越小,这就意味着颗粒和颗粒之间架桥的概率越低,颗粒之间形成的空隙就越少,因此其振实密度一般也越大。但由于振实密度是千万个微观颗粒堆积的反映,这也就意味着这种堆积存在复杂性,比如一定量小的颗粒,如何能够插入到大颗粒的缝隙中,那么从某种程度上反而可以提高其堆积效率,从而提高振实密度。下图是一系列天然石墨样品,从样品 A、B、C 和 D 来看,确实颗粒越大,其振实密度逐渐变大,但如果我们把大颗粒和小颗粒混合在一起,我们发现混合的分体堆积效率可能更好,而且是跟粒度分布和混合方式息息相关。

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