正負極材料的粒度分布對電池性能的影響

1、正負極材料的粒度分布對鋰電池性能的影響一、鋰離子電池市場情況分析隨著能源產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，目前電池行業(yè)已經(jīng)逐步向電動自行車、電動汽車的領(lǐng)域拓展， 全球鋰電池的需求量隨著它應用領(lǐng)域的不斷擴展而逐年增加。2012年上半年，我國電池行 業(yè)累計完成工業(yè)銷售產(chǎn)值同比增長18.5%，累計產(chǎn)銷率96.72%，累計完成出口交貨值同比 下降3.57%。產(chǎn)值保持平穩(wěn)增長，但出口交貨值繼續(xù)呈下降趨勢，且降幅明顯增大。上半年， 鉛酸蓄電池累計完成產(chǎn)量同比增長26.5%，堿性蓄電池累計完成產(chǎn)量同比下降9.6%，鋰離 子電池累計完成產(chǎn)量同比下降12.3%，原電池累計產(chǎn)量同比下降6.6%。電池行業(yè)整體利潤 率低于4-5%，且

2、隨著環(huán)保投入與運行成本增加，電池利潤將明顯下降。我國鋰電產(chǎn)業(yè)始于1997年后期，走過了一條從引進學習到自主研發(fā)的產(chǎn)業(yè)化道路。進 入2001年后，隨著深圳比亞迪、邦凱電池等鋰離子電池企業(yè)的迅速崛起，中國的鋰電產(chǎn)業(yè) 開始進入快速成長階段。目前，中國是世界最大的鋰電池生產(chǎn)制造基地、第二大鋰電池生產(chǎn) 國和出口國。二、電池正負極材料對粒度有極大的要求天然石墨的粒度分布對鋰離子的初始充放容量有較大的影響，而對其首次效率影響相對 較小。粒徑較小的天然石墨粉具有較大的首次充電容量，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；雙峰

3、型粒度分布對提高首次效率有利，但減少了首次充放電容量。當石墨粉的 平均粒徑為16-18m,且粒度分布較為集中時，電池有較好的初放容量及首次效率。用作鋰離子電池的正極活性材料主要有鋰鉆氧(LiCoO2)、鋰錳氧(LiMn2O4)、鋰鎳氧 (LiNiO2)、鋰鎳鉆錳氧(LiNiCoMnO2)和磷酸鐵鋰(LiFePO4)。由于磷酸鐵鋰具有原料來源豐富、 價格低廉以及優(yōu)良的高溫循環(huán)性能和安全性能等優(yōu)點，以磷酸鐵鋰為正極活性材料的鋰離子 電池最具發(fā)展前景。而從大量的制漿經(jīng)驗以及行業(yè)交流反饋來看，粒度分布幾乎決定了磷酸 鐵鋰材料的加工性能，其關(guān)鍵指標是D50。一般來說，鉆酸鋰、錳酸鋰粒平均粒徑大致在 10

4、um -20um，磷酸鐵鋰根據(jù)不同的工藝，一般分布在1um-2.5um。三、激光粒度儀在電池行業(yè)應用濟寧市無界科技有限公司是一家主要從事鋰離子電池、正極材料和負極材料等新材料的 研制、生產(chǎn)和銷售為主業(yè)的高新技術(shù)企業(yè)，公司依靠自身科研能力和創(chuàng)新機制，在國家科技 部中小型企業(yè)創(chuàng)新基金中心、山東省信息產(chǎn)業(yè)廳、山東省科技廳和地方政府等機構(gòu)的大力支 持下，已發(fā)展成為國內(nèi)鎳基類鋰離子電池正極材料生產(chǎn)規(guī)模最大、技術(shù)水平最高的專業(yè)生產(chǎn) 企業(yè);是國家重點新產(chǎn)品計劃和國家科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金中心創(chuàng)新計劃實施單位和科技 創(chuàng)新基金支持單位。先后承擔了兩項國家級、三項省級和四項市級科研項目。山東省科技廳 認定的高新技

5、術(shù)企業(yè)。公司擁有高性能鎳基類和錳基類鋰離子電池正極材料兩大系列10余 種產(chǎn)品，技術(shù)達到了國際先進、國內(nèi)領(lǐng)先水平。公司起草的“鎳鉆錳酸鋰三元鋰離子正極材 料”質(zhì)量技術(shù)標準已經(jīng)國家標準委員會立項，擬定為國家標準，標準正在審查批準過程中。圖一測試人員在使用濟南微納激光粒度儀測樣品粒度分布圖二生產(chǎn)車間一角濟南微納公司粒度分析報告樣品名稱：分散劑：測量范圍：電池材料6 無1 P- rri-3UU P- m送樣單位：分散介質(zhì)：樣品濃度：濟寧無界水0.9送樣時間：2009-02-19超聲時間 60s分析模式:標準粒徑卜體積、累積、校徑體積，累積、粒徑體積累積、J. 120. 000. 001.830. 63

6、1.5627. 6310.6581.45J. 150. 000. 00.220. 702.2633. 548. 6690. 11：|_ 180. 000. 002. 700. 773. 0340. 725.6195. 721 220. 000. 003. 230. 853. 8849. 432. 9398. 65：i. 260. 000. 003. 981. 155. 0360. 001.0599. TOJ. 320. 000. 004. 833. 898.9272.840. 30100.00J. 390. 000. 005. 865.2114. 1288. 420. 00100.00J. 4

7、70. 000. 007. 116. 5120. 64107.330. 00100.00：|_ 570. 000. 008. 645. 6626. 29130.290. 00100.00：i. 690. 000. 0010. 486. 3032. 59158.IT0. 00100.00J. 840. 000. 0012.737. 6440. S3192.000. 00100.001.020. 000. 0015.458. 9449. 17233.070. 00100.001.240.420.4218.7510.5159. 68282.930. 00100.001.510.520.9422.76

8、11. 1370. 80300.000. 00100.00分析結(jié)果分析結(jié)果D10=5.04M-mD5O=15.71kLmD90=33.47kLmS/V=6032. 25cm2/cm3D a v= 17.吊/ lL jtlD25=8.29tJLm D75=24.68kLmD97=44. 52 UmD4, 3=17.性 5D3, 2=9.95kiJTL將試信息100|80-1001000桂人:試員R?% :90-10. 0。IL m累積二30. 94%50. 00 P- itl.R=98. 71%100. 00 M- m-R=100. 00%桂漠時間:2009-2-19 10:53:08l義器型號:Wii-iiiP.f2UlS光粒度分析伙圖三電池材料粒度測試報告四、激光粒度儀在電池行業(yè)的應用前景隨著電池市場的迅猛發(fā)展，用戶使用要求逐漸提高，市場競爭的劇烈化。為了以更合理 的成本達到所需的能量密度，原電池（一次性）和二次（可充電）電池使用的材料對粒度的 要求越來越高。激光粒度分析儀根據(jù)光的散射原理來測量顆粒的大小，測試方便、準確、快 捷。其測試過程可以簡單描述為：顆粒通過激光束時，每一個顆粒的散射光并行的照亮設(shè)置 在不同散射角的探測器上，探測器的光能強弱形成散射譜;計算機將散射譜反演為粒度分布， 就是我們所需的顆粒的粒度分布。前一過