正负极材料的粒度分布对电池性能的影响

正负极材料的粒度分布对锂电池性能的影响一、锂离子电池市场情况分析随着能源产业的高速发展，目前电池行业已经逐步向电动自行车、电动汽车的领域拓展，全球锂电池的需求量随着它应用领域的不断扩展而逐年增加。2012年上半年，我国电池行业累计完成工业销售产值同比增长18.5%，累计产销率96.72%，累计完成出口交货值同比下降3.57%。产值保持平稳增长，但出口交货值继续呈下降趋势，且降幅明显增大。上半年，铅酸蓄电池累计完成产量同比增长26.5%，碱性蓄电池累计完成产量同比下降9.6%，锂离子电池累计完成产量同比下降12.3%，原电池累计产量同比下降6.6%。电池行业整体利润率低于4-5%，且随着环保投入与运行成本增加，电池利润将明显下降。我国锂电产业始于1997年后期，走过了一条从引进学习到自主研发的产业化道路。进入2001年后，随着深圳比亚迪、邦凯电池等锂离子电池企业的迅速崛起，中国的锂电产业开始进入快速成长阶段。目前，中国是世界最大的锂电池生产制造基地、第二大锂电池生产国和出口国。二、电池正负极材料对粒度有极大的要求天然石墨的粒度分布对锂离子的初始充放容量有较大的影响，而对其首次效率影响相对较小。粒径较小的天然石墨粉具有较大的首次充电容量，但不可逆容量也较大；中等粒径的石墨粉具有较高的首次效率，粒度增大减少了首次充放电容量，较小粒径的石墨粉首次不可逆容量加大；双峰型粒度分布对提高首次效率有利，但减少了首次充放电容量。当石墨粉的平均粒径为16-18μm，且粒度分布较为集中时，电池有较好的初放容量及首次效率。用作锂离子电池的正极活性材料主要有锂钴氧(LiCoO2)、锂锰氧(LiMn2O4)、锂镍氧(LiNiO2)、锂镍钴锰氧(LiNiCoMnO2)和磷酸铁锂(LiFePO4)。由于磷酸铁锂具有原料来源丰富、价格低廉以及优良的高温循环性能和安全性能等优点，以磷酸铁锂为正极活性材料的锂离子电池最具发展前景。而从大量的制浆经验以及行业交流反馈来看，粒度分布几乎决定了磷酸铁锂材料的加工性能，其关键指标是D50。一般来说，钴酸锂、锰酸锂粒平均粒径大致在10um-20um，磷酸铁锂根据不同的工艺，一般分布在1um-2.5um。三、激光粒度仪在电池行业应用济宁市无界科技有限公司是一家主要从事锂离子电池、正极材料和负极材料等新材料的研制、生产和销售为主业的高新技术企业，公司依靠自身科研能力和创新机制，在国家科技部中小型企业创新基金中心、山东省信息产业厅、山东省科技厅和地方政府等机构的大力支持下，已发展成为国内镍基类锂离子电池正极材料生产规模最大、技术水平最高的专业生产企业；是国家重点新产品计划和国家科技部中小企业创新基金中心创新计划实施单位和科技创新基金支持单位。先后承担了两项国家级、三项省级和四项市级科研项目。山东省科技厅认定的高新技术企业。公司拥有高性能镍基类和锰基类锂离子电池正极材料两大系列10余种产品，技术达到了国际先进、国内领先水平。公司起草的“镍钴锰酸锂三元锂离子正极材料”质量技术标准已经国家标准委员会立项，拟定为国家标准，标准正在审查批准过程中。图一测试人员在使用济南微纳激光粒度仪测样品粒度分布图二生产车间一角图三电池材料粒度测试报告四、激光粒度仪在电池行业的应用前景随着电池市场的迅猛发展，用户使用要求逐渐提高，市场竞争的剧烈化。为了以更合理的成本达到所需的能量密度，原电池（一次性）和二次（可充电）电池使用的材料对粒度的要求越来越高。激光粒度分析仪根据光的散射原理来测量颗粒的大小，测试方便、准确、快捷。其测试过程可以简单描述为：颗粒通过激光束时，每一个颗粒的散射光并行的照亮设置在不同散射角的探测器上，探测器的光能强弱形成散射谱；计算机将散射谱反演为粒度分布，就是我们所需的颗粒的粒度分布。前一过程是为了获得颗粒群的散射谱，信息是以光速并行传输的，所有测试快；后一过程是以MIE散射理论为基础，由计算机以数字方式串行完成，所以测试准确。激光粒度仪也正是因为具有如此的优点才在电池行业得到了愈加广泛的应用。图四济南微纳Winner2000激光粒度仪原理图