為什么不能用純鋰金屬做電池正極？采用不同比例材料有什么區(qū)別？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-15 01:30
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松裝密度（apparentdensity，簡(jiǎn)稱AD）通常采用斯柯特容量計(jì)法測(cè)量：粉末經(jīng)篩網(wǎng)自由流入布料箱，交替通過(guò)4塊傾斜角為25°的玻璃板，經(jīng)漏斗按一定高度自由落下充滿量杯，由粉體凈重和量杯體積計(jì)算得到結(jié)果。
振實(shí)密度（tapdensity，簡(jiǎn)稱TD）是將一定重量的粉末加入有刻度的透明量器中，在規(guī)定條件下經(jīng)一定振幅和頻率的振動(dòng)規(guī)定次數(shù)或時(shí)間后，測(cè)得單位容積粉末的重量。
粉末壓實(shí)密度（pelletdensity，簡(jiǎn)稱PD）是將一定重量的粉末加入具有固定直徑和高度的硬質(zhì)模具中，在壓力作用下粉末產(chǎn)生移動(dòng)和變形，形成具有一定密度和強(qiáng)度的壓坯。由粉體凈重和壓縮體積計(jì)算得出結(jié)果。
極片壓實(shí)密度（pressdensity）是將材料與少量的黏結(jié)劑、導(dǎo)電劑混合制漿，經(jīng)涂布、烘干、碾壓成正極片，壓實(shí)密度=面密度×(極片碾壓厚度集流×體厚度)。以不同的壓力碾壓后，對(duì)折極片不出現(xiàn)透光的臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的數(shù)值是極限壓實(shí)密度。
理論密度（theoreticaldensity）是假設(shè)材料沒(méi)有任何宏觀和微觀缺陷的理想晶體，利用XRD測(cè)量晶格常數(shù)得到晶胞體積，用它去除單個(gè)晶胞內(nèi)所有原子的總質(zhì)量得到。振實(shí)密度測(cè)試方法簡(jiǎn)單，是衡量正極活性材料的一個(gè)重要指標(biāo)。
LCO理論密度達(dá)到5.06g/cm3，其次是NCM、NCA、LMO、OLO，LFP最低，僅為3.57g/cm3。從中不難看出，鈷酸鋰密度最高，這也是其在智能手機(jī)市場(chǎng)無(wú)法被其它材料取代的重要原因。同一種材料，用于倍率型電池因采用了小顆粒解決方案，其對(duì)應(yīng)的振實(shí)密度和壓實(shí)密度都呈現(xiàn)較大幅度的下降。磷酸鐵鋰因其理論密度最低、D50最小，振實(shí)密度和極片壓實(shí)密度都在常見(jiàn)的幾種正極材料中墊底。
正極比表面積大時(shí)，電池的倍率特性較好，但通常更易與電解液發(fā)生反應(yīng)，使得循環(huán)和存儲(chǔ)變差。正極材料比表面積與顆粒大小及分布、表面孔隙度、表面包覆物等密切相關(guān)。在鈷酸鋰體系里，小顆粒的倍率型產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的比表面積最大。磷酸鐵鋰因?qū)щ娦圆?，顆粒以納米團(tuán)聚體形式設(shè)計(jì)、且表面包覆了無(wú)定形的碳，導(dǎo)致其比表面積在所有正極材料中最高。錳系材料與鈷系相比，本身存在難以燒結(jié)的特點(diǎn)，其比表面積也整體較大。
制備正極材料時(shí)，一般都會(huì)采用稍過(guò)量的Li/Me，以保證材料從里到外徹底鋰化。因此大多數(shù)正極材料表面都會(huì)殘留一定量多余鋰，這部分鋰大多以Li2CO3形式存在。對(duì)于NC、NCM、NCA等鎳系材料，Ni含量越高，材料混排加劇，殘存堿量越多；嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電池漿料黏度大、電池存儲(chǔ)性能變差。殘存堿測(cè)試通常采用酸堿電位滴定或人工滴定，將正極粉體分散到一定量純水中，過(guò)濾，量取一定體積的濾液用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴定。選取酚酞和甲基橙作指示劑，依次在pH≈8和pH≈4附近出現(xiàn)2個(gè)等當(dāng)點(diǎn)，分別記錄所用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸體積。但是對(duì)于NC、NCM和NCA等材料，測(cè)試過(guò)程要分外小心。因?yàn)楦哝嚥牧洗蠖嘁詧F(tuán)聚顆粒形式存在，分散于水的過(guò)程中容易出現(xiàn)Li-Me混排，發(fā)生持續(xù)析鋰現(xiàn)象，制樣、測(cè)試的過(guò)程要精細(xì)、準(zhǔn)確、可控。即使如此，其結(jié)果中Li2CO3主要反映的是表面Li，LiOH則是顆粒表面Li、晶界Li以及表層晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)3a位的Li的總和。
振實(shí)密度（tapdensity，簡(jiǎn)稱TD）是將一定重量的粉末加入有刻度的透明量器中，在規(guī)定條件下經(jīng)一定振幅和頻率的振動(dòng)規(guī)定次數(shù)或時(shí)間后，測(cè)得單位容積粉末的重量。
粉末壓實(shí)密度（pelletdensity，簡(jiǎn)稱PD）是將一定重量的粉末加入具有固定直徑和高度的硬質(zhì)模具中，在壓力作用下粉末產(chǎn)生移動(dòng)和變形，形成具有一定密度和強(qiáng)度的壓坯。由粉體凈重和壓縮體積計(jì)算得出結(jié)果。
極片壓實(shí)密度（pressdensity）是將材料與少量的黏結(jié)劑、導(dǎo)電劑混合制漿，經(jīng)涂布、烘干、碾壓成正極片，壓實(shí)密度=面密度×(極片碾壓厚度集流×體厚度)。以不同的壓力碾壓后，對(duì)折極片不出現(xiàn)透光的臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的數(shù)值是極限壓實(shí)密度。
理論密度（theoreticaldensity）是假設(shè)材料沒(méi)有任何宏觀和微觀缺陷的理想晶體，利用XRD測(cè)量晶格常數(shù)得到晶胞體積，用它去除單個(gè)晶胞內(nèi)所有原子的總質(zhì)量得到。振實(shí)密度測(cè)試方法簡(jiǎn)單，是衡量正極活性材料的一個(gè)重要指標(biāo)。
LCO理論密度達(dá)到5.06g/cm3，其次是NCM、NCA、LMO、OLO，LFP最低，僅為3.57g/cm3。從中不難看出，鈷酸鋰密度最高，這也是其在智能手機(jī)市場(chǎng)無(wú)法被其它材料取代的重要原因。同一種材料，用于倍率型電池因采用了小顆粒解決方案，其對(duì)應(yīng)的振實(shí)密度和壓實(shí)密度都呈現(xiàn)較大幅度的下降。磷酸鐵鋰因其理論密度最低、D50最小，振實(shí)密度和極片壓實(shí)密度都在常見(jiàn)的幾種正極材料中墊底。
正極比表面積大時(shí)，電池的倍率特性較好，但通常更易與電解液發(fā)生反應(yīng)，使得循環(huán)和存儲(chǔ)變差。正極材料比表面積與顆粒大小及分布、表面孔隙度、表面包覆物等密切相關(guān)。在鈷酸鋰體系里，小顆粒的倍率型產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的比表面積最大。磷酸鐵鋰因?qū)щ娦圆?，顆粒以納米團(tuán)聚體形式設(shè)計(jì)、且表面包覆了無(wú)定形的碳，導(dǎo)致其比表面積在所有正極材料中最高。錳系材料與鈷系相比，本身存在難以燒結(jié)的特點(diǎn)，其比表面積也整體較大。
制備正極材料時(shí)，一般都會(huì)采用稍過(guò)量的Li/Me，以保證材料從里到外徹底鋰化。因此大多數(shù)正極材料表面都會(huì)殘留一定量多余鋰，這部分鋰大多以Li2CO3形式存在。對(duì)于NC、NCM、NCA等鎳系材料，Ni含量越高，材料混排加劇，殘存堿量越多；嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電池漿料黏度大、電池存儲(chǔ)性能變差。殘存堿測(cè)試通常采用酸堿電位滴定或人工滴定，將正極粉體分散到一定量純水中，過(guò)濾，量取一定體積的濾液用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴定。選取酚酞和甲基橙作指示劑，依次在pH≈8和pH≈4附近出現(xiàn)2個(gè)等當(dāng)點(diǎn)，分別記錄所用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸體積。但是對(duì)于NC、NCM和NCA等材料，測(cè)試過(guò)程要分外小心。因?yàn)楦哝嚥牧洗蠖嘁詧F(tuán)聚顆粒形式存在，分散于水的過(guò)程中容易出現(xiàn)Li-Me混排，發(fā)生持續(xù)析鋰現(xiàn)象，制樣、測(cè)試的過(guò)程要精細(xì)、準(zhǔn)確、可控。即使如此，其結(jié)果中Li2CO3主要反映的是表面Li，LiOH則是顆粒表面Li、晶界Li以及表層晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)3a位的Li的總和。
