鋰離子電池負(fù)極材料的粒度分布對電池性能的影響有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-01-01 19:23
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鋰離子電池實(shí)質(zhì)上是鋰離子在正負(fù)極材料之間的一個反復(fù)循環(huán)"流動"的過程，在這個過程當(dāng)中，鋰離子不斷地嵌入電極材料中，同時又需要不斷的脫嵌出來，正是這種搖擺式的嵌入和脫嵌過程，才使得鋰離子電池能夠反復(fù)充放電使用。然而鋰離子的脫和嵌是受很多影響因素決定的。
在這些影響因素當(dāng)中，正負(fù)極材料的顆粒大小無疑是非常重要的，顆粒的大小將會對材料的堆積產(chǎn)生直接的影響，而這種影響導(dǎo)致的空間效應(yīng)將會直接影響到鋰離子的脫嵌，從而影響到電池性能。
在鋰離子電池的生產(chǎn)研發(fā)過程中，正負(fù)極片的性能對于電池性能影響巨大。而其中正負(fù)極材料特性和相關(guān)的加工工藝是最為重要的影響因素。正負(fù)極材料的顆粒大小將會直接影響電池的充放電行為，而相關(guān)電池漿料的流變性能又會直接影響流漿液的存儲、涂布和加工穩(wěn)定性。
天然石墨作為負(fù)極材料最主要之一，粉末粒度逐漸增大，其粒度分布為從標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布到三種不同程度的偏心型分布，偏心分布的石墨粉是加入不同量的較小粒徑的天然石墨微粉得到的，一次偏心分布的類型為偏向較小粒徑的一方。隨著粒度的增大，粒度分布的范圍逐漸擴(kuò)大。
對于碳負(fù)極材料再最初的充放電循環(huán)中存在不可逆容量，在鋰離子電池的首次充放電過程中，碳材料表面隨著Li+的嵌入，電解液中的溶劑分子共聯(lián)，在碳材料表面分解形成固體電解質(zhì)中間相，只有在負(fù)極表面整個SEI膜覆蓋后，溶劑分子不能嵌入。
加入不同量的較小粒徑的顆粒使粉體呈不同的偏心型分布，由于粒徑較小的粉體內(nèi)部缺陷較多，并且石墨粉在機(jī)械粉碎過程中易于使其晶型結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，由六角結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱夥浇Y(jié)構(gòu)，小顆粒石墨粉中菱形晶數(shù)量相對較多，而菱方結(jié)構(gòu)的石墨具有較小的儲能容量，因此影響了負(fù)極材料整體的充放電容量，使電池的充放電容量有所降低。
鋰離子在石墨負(fù)極材料間的擴(kuò)散與碳晶的粒徑有直接關(guān)系。石墨微晶的粒度越大，鋰離子的擴(kuò)散路徑越長。
天然石墨的粒度與分布對鋰離子電池的初始充放電容量由較大的影響，而對其首次效率影響相對較小。粒徑較小的天然石墨具有較大的首次充放電容量，但不可逆容量也較大；
中等粒徑的石墨粉具有較高的首次效率；粒度增大減少了首次充放電容量，較小粒徑的石墨粉首次不可逆容量加大；粒度分布呈標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布式合理的。呈正態(tài)分布的天然石墨負(fù)極材料有利于提高鋰離子電池的綜合性能。
粒度的提高有利于降低首次充放電的不可逆容量損失，其粒度分布范圍稍寬，使較大的石墨粒子間有一定的較小的粉體填充，可以增加粒子間的接觸面積，減小內(nèi)阻，加大電子導(dǎo)通能力，對提高負(fù)極的綜合性能有利。
