鋰離子電池的正極和負極材料是典型的粉末材料。電極材料粉末的粒徑、比表面積和填充密度與電池的反應(yīng)速度和能量密度有關(guān)。因此，顆粒形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)等因素對電池的能量密度、輸出特性和循環(huán)特性有很大影響。

粉末性能直接關(guān)系到電池的性能，因此電極材料的設(shè)計和加工非常重要。本文將介紹粉末技術(shù)在鋰電池電極材料中的應(yīng)用。

 

電極材料和粉末技術(shù)

控制電極材料的粒度

電極材料的粒度對鋰離子電池的性能起著決定性的作用。通常，電極材料的粒度會直接影響電池漿料和極片的制備。大顆粒漿料粘度低，流動性好，溶劑用量少，固體含量高。當粉末的粒度減小時，可以在一定程度上提高壓實密度和壓實能力。

電極材料的粒度通常通過激光粒度分析儀進行測試，并且當累積分布為50%時，粒度分布曲線中最大顆粒的當量直徑D50被視為電極材料的平均粒度。以正極材料為例，正極材料的粒度和分布與前驅(qū)體的制備、燒結(jié)和破碎過程密切相關(guān)。

 

 

例如鈷酸鋰一般是以四氧化三鈷和碳酸鋰為原料制備的，其燒結(jié)特性非常好，因此對原料的要求相對較低。鋰錳氧化物主要使用與堿性錳電池相同的原材料——電解二氧化錳（EMD）。它的生產(chǎn)工藝是通過電解沉積一整塊MnO2板，然后通過剝離和破碎獲得。

通常，原料本身存在較大的不規(guī)則顆粒，因此使用球形錳源前驅(qū)體來控制顆粒尺寸分布。當鋰鎳鈷氧化物、鋰鎳鈷錳氧化物和鋰鎳鈷鋁酸鹽等材料工業(yè)化時，通常使用化學(xué)共沉淀來實現(xiàn)Ni、co、Mn和Al等元素的原子級混合。并通過控制結(jié)晶來實現(xiàn)高密度，這是粉末粒度過程控制的技術(shù)類別。

 

控制電極材料的比表面積

通常，當電極材料的比表面積大時，電池的倍率特性更好。然而，它通常更容易與電解質(zhì)材料發(fā)生反應(yīng)，使循環(huán)和儲存變得更糟，其比表面積與顆粒大小和分布、表面孔隙率、表面涂層等密切相關(guān)。在鋰鈷氧化物系統(tǒng)中，小顆粒率電極材料產(chǎn)品對應(yīng)的比表面積最大。

由于磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性較差，顆粒被設(shè)計成納米聚集體的形式，表面覆蓋著無定形碳，導(dǎo)致電極材料的比表面積在所有陰極材料中最高。與鈷基材料相比，錳基材料固有地難以燒結(jié)，并且其比表面積通常更大。

 

 

如何根據(jù)材料的性能特點控制滿足電池需求的比表面積，也是粉末技術(shù)研究在電極材料制備中的應(yīng)用。

 

控制電極材料的顆粒形態(tài)

通過顆粒形態(tài)改善電極材料性能的一個典型應(yīng)用是天然石墨的球化。目前，鋰離子電池負極材料制造商的應(yīng)用正逐步朝著低成本的方向發(fā)展，因此全球?qū)μ烊皇难芯糠浅Ｖ匾ｋm然天然石墨作為陽極具有比容量大、放電電壓穩(wěn)定的優(yōu)點，但也有明顯的缺點：

● 在充電過程中，溶劑分子會將石墨片與鋰離子共包埋，導(dǎo)致石墨層“剝落”，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷，導(dǎo)致電極循環(huán)性能迅速惡化；

● 同時，普通天然石墨由于層狀結(jié)構(gòu)發(fā)達，呈片狀，填充時容易與極片平行排列，使鋰離子的擴散距離更長，增加了鋰離子的散射電阻，降低了充放電性能。

 

 

當天然石墨顆粒被球化時，石墨顆粒的層在所有方向上排列和分布，并且將存在更小的優(yōu)選取向和更均勻的分布。鋰離子具有較短的擴散路徑，這提高了放電效率。

類似地，其他材料類型也可以通過適當?shù)那蚧M行改性和改性。同時，球化處理可以使粉末材料具有更好的填充性和均勻分布，進一步提高鋰離子電池的體積能量密度和循環(huán)性能。

 

通過涂覆其他粉末材料進行表面改性

鎳鈷錳三元材料是目前應(yīng)用最廣泛的動力電池正極材料。隨著對高能量密度的需求不斷增加，高鎳化后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差和水分敏感性差等問題對實際應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。表面涂層通常用于鋰百佳行業(yè)，以調(diào)節(jié)材料的性能。

表面涂層可以有效地穩(wěn)定高鎳材料的結(jié)構(gòu)。表面涂層技術(shù)減少了電極材料與電解質(zhì)的接觸面積，從而減少了材料表面雜質(zhì)與電解質(zhì)的副反應(yīng)，提高了三元正極材料表面的電子導(dǎo)電性，提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。常見的表面涂層材料包括金屬氧化物、磷酸鹽和其他穩(wěn)定的電極材料等，它們是目前使用的涂層材料。

 

 

各種粉末材料的混合和分散

在鋰離子電池電極的生產(chǎn)中，需要添加活性材料、粘合劑、溶劑和添加劑等各種成分并攪拌以形成漿料。因此，顆粒的分散性和組成的均勻性變得非常重要。電極材料在實際攪拌過程中變化非常復(fù)雜，除了強烈的物理效應(yīng)外，還存在一定的化學(xué)效應(yīng)。

即使宏觀上實現(xiàn)了均勻性，在顯微鏡下仍然存在一些材料顆粒團聚。因此，電極材料的攪拌不僅在宏觀上均勻，而且更重要的是，在微觀上相對均勻。混合越均勻，就越有利于提高電池的性能。

此外，兩種或兩種以上電極材料的均勻混合也可以提高電池的性能，或?qū)崿F(xiàn)一定的成本優(yōu)化。隨著電池技術(shù)的不斷更新升級，鋰電池均化系統(tǒng)、粉體輸送等生產(chǎn)設(shè)備也在不斷創(chuàng)新和改造。

 

 

許多鋰電池設(shè)備供應(yīng)商深入研究了混合和分散機制，以實現(xiàn)更高的生產(chǎn)線集成度、更高的效率、更低的能耗和更智能的生產(chǎn)線建設(shè)。這些是改進工藝、實現(xiàn)制造更高質(zhì)量產(chǎn)品的基礎(chǔ)，也是粉末技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的體現(xiàn)。

 

結(jié)論

粉末技術(shù)在鋰電池電極材料加工甚至電池制造過程中有許多應(yīng)用。粉末加工技術(shù)已成為摩托車電池、探魚器電池等鋰電池產(chǎn)品制備、后處理和電極生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，對提高鋰離子電池性能具有重要作用。從粉末技術(shù)的角度來看，這是值得討論的。

粉末行業(yè)涵蓋了多種行業(yè)，其設(shè)備和工藝原理往往相互交叉。從粉末的角度對鋰電池電極材料有一個新的認識，將有助于整合材料制備和應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵點，從而找到新的創(chuàng)新點，進一步推動鋰電池行業(yè)的發(fā)展。