颗粒粒径和浆料流变特性对极片性能的影响
在锂离子电池的生产过程中,极片的性能对于电池性能影响非常大。一般来说,制备极片包括浆料制备、在集流体上涂覆、干燥、辊压工艺过程等。这些工艺对锂电池的成品性能有很大影响。而其中正负极材料特性和相关的加工工艺是极片制备中最重要的影响因素。因为活性材料的颗粒大小将会直接影响锂电池的充放电行为,而相关电池浆料的流变性能又会直接影响流浆液的存储、涂布和加工稳定性。
正、负极极片的制备过程非常相似,如图1所示。具体来说,
第一步:先将由活性物质、粘结剂、导电剂通过混浆均匀分散于溶剂中,制成电池浆料;
第二步:将上一步的电池浆料涂覆在集流体(负极铜箔和正极铝箔)上,然后就是干燥涂层(这里要特别注意,正负极片的干燥温度是不同的,推荐正极极片干燥工艺120℃、10h ,而负极极片片干燥工艺80℃、10h);
第三步:将干燥好的极片在重压下压实、压薄,使锂离子电池体积能量密度得以提高,保证粘结剂把活性成份和导电剂紧紧的精粘附在在集流体上;
第四步:就是裁片和分切,直接把大卷冷压好的极片在分切机上分切成指定宽度的小卷极片,等待然后把分切好的小卷保存在真空干燥箱中,待下一步使用。
混合制备电池浆料、涂布、干燥和压实工艺决定了浆料的均匀性、极片的厚度、机械性能和极片涂层的孔隙度,所以,极片制备过程直接影响了电池的使用性能。
正负极材料颗粒大小对充放电性能的影响
锂离子电池实质上是锂离子在正负极材料之间的一个反复循环"流动"的过程,在这个过程当中,锂离子不断地嵌入电极材料中,同时又需要不断的脱嵌出来,正是这种摇摆式的嵌入和脱嵌过程,才使得锂离子电池能够反复充放电使用。然而锂离子的脱和嵌是受很多影响因素决定的,比如正负极材料本身的层状结构、电极材料颗粒的形态、以及电极材料颗粒间的堆积状况等,这些影响因素都直接影响到锂离子脱嵌的整个过程,从而对锂离子电池的离子迁移速率、充放电平台产生显著影响。在这些影响因素当中,正负极材料的颗粒大小无疑是非常重要的,颗粒的大小将会对材料的堆积产生直接的影响,而这种影响导致的空间效应将会直接影响到锂离子的脱嵌,从而影响到电池性能。
图2 两种不同工艺制备的LiNi
0.8
Co
0.2
O
2
正极材料
图2 是采用两种不同制备工艺生产的材料LiNi
0.8
Co
0.2
O
2
,其中(a)是反应过程中采用胶体磨方式进行混合,而(b)是采用搅拌方式进行混合。通过电镜观察,两种方式得到的颗粒大小明显不同,而激光衍射结果比对则定量分析了两种材料的粒度大小。其中采用胶体磨的样品粒度分布较窄,颗粒大小从几百纳米到十微米左右,而采用普通混合的方式则粒径分布要宽很多,从几个微....
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