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負(fù)極材料作為新能源汽車動力電池的核心材料之一,,對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)前鋰離子動力電池最為活躍的板塊之一?,F(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)極材料主要性能對比
負(fù)極材料的核心指標(biāo)有:粒度,、比表面積、振實密度,、真密度,、灰分、pH值,。其中粒度又會影響比表面積和振實密度,,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(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的不可逆比容量等,。
粒度對制漿工藝的影響
負(fù)極材料的粒度分布會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漿料黏度的影響
粒度對體積能量密度的影響
負(fù)極材料的粒度分布較寬時,,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密度,提高電池的體積能量密度,。
粒度對不可逆容量的影響
對不同石墨樣品進(jìn)行恒電流充放電測試和循環(huán)伏安測試,,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。
粒度對充放電性能的影響
實驗研究表明,,石墨顆粒越小,,嵌入時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,。
粒度對振實密度的影響
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),振實密度會越大,。
負(fù)極材料對粒度的要求
綜上可以看出,,負(fù)極材料的粒度過大或過小都會對電池的最終性能產(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,??赏ㄟ^控制原料的種類、反應(yīng)時間,、溫度和壓力等來調(diào)控粒徑,。
當(dāng)前全球負(fù)極材料市場已趨于穩(wěn)定,需求量每年穩(wěn)步增長,。但是成本價格上升,、負(fù)極材料企業(yè)增多、行業(yè)競爭加劇等導(dǎo)致了行業(yè)整體利潤被進(jìn)一步壓縮,,預(yù)計在今后的幾年里全球負(fù)極材料產(chǎn)量增速會逐漸放緩,,高端負(fù)極材料需求量會增加,,所以對新材料、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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