研究發(fā)現(xiàn)，除了鋰離子電池電極活性物質(zhì)的固有屬性，電極的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)電池的能量密度和電化學(xué)性能也有十分重大的影響。在未經(jīng)碾壓的電極中，僅有50%的空間被活性物質(zhì)所占據(jù)，提高壓實(shí)密度，可以有效的提高電極的體積能量密度和重量能量密度。

目前，影響正極極片壓實(shí)密度的因素主要有以下四點(diǎn)：(1)材料真密度；(2)材料形貌；(3)材料粒度分布；(4)極片工藝；通過(guò)優(yōu)化這些影響因素，便可以通過(guò)提高壓實(shí)密度進(jìn)而提高能量密度。

(1)材料真密度

目前商業(yè)化正極材料的真密度：鈷酸鋰>三元材料>錳酸鋰>磷酸鐵鋰，這和壓實(shí)密度規(guī)律一致，材料的真密度對(duì)壓實(shí)密度的影響是無(wú)法改變的。

▼幾種商業(yè)正極材料的真密度和壓實(shí)密度范圍

注：不同組分三元材料真密度不同，本表所選NCM111

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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目前鈷酸鋰壓實(shí)密度和真密度的差值已經(jīng)小于1.0g·cm-3，若三元材料也達(dá)到這個(gè)數(shù)值，那壓實(shí)密度可達(dá)到3.8g·cm-3，目前提高壓實(shí)密度的方法主要從材料形貌、材料粒度分布、極片工藝三方面入手。

(2)材料形貌

目前商業(yè)化的鈷酸鋰是一次顆粒，單晶很大，三元材料則為細(xì)小單晶的二次團(tuán)聚體，如圖所示，幾百納米的一次顆粒團(tuán)聚成三元材料二次球，本身就有很多空隙；而制備成極片后，球和球之間也會(huì)有大量的空隙，以上原因使三元材料的壓實(shí)密度進(jìn)一步降低。

▲(a)鈷酸鋰；(b)三元材料

如果將三元材料的形貌制備成和鈷酸鋰類(lèi)似的大單晶則可有效提高其壓實(shí)密度(3.8g·cm-3以上)，但目前工藝還不成熟，產(chǎn)品容量和首放效率都比常規(guī)產(chǎn)品低。

(3)材料粒度分布

無(wú)人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

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三元材料的粒度分布對(duì)其壓實(shí)密度產(chǎn)生影響的原因和三元材料的球形形貌有關(guān)，等徑球在堆積時(shí)，球體和球體之間會(huì)有大量的空隙，若沒(méi)有合適的小粒徑來(lái)填補(bǔ)這些空隙，堆積密度就會(huì)很低，所以合適的粒度分布能提高材料的壓實(shí)密度。

▲(a)常見(jiàn)粒度分布的正極材料制備成極片SEM圖(b)兩種粒度分布的產(chǎn)品混合后的正極材料極片SEM圖

優(yōu)化三元材料粒度分布可提高其壓實(shí)密度，D50接近的材料，若D10、D90、Dmin、Dmax有差別，也會(huì)造成壓實(shí)密度不同。粒度分布太窄或粒度分布太寬都會(huì)使材料壓實(shí)密度降低，對(duì)于粒度分布的影響，有的電池廠家會(huì)對(duì)正極材料生產(chǎn)商提出要求，而有的電池廠家則通過(guò)混合不同粒度分布的產(chǎn)品來(lái)達(dá)到提高壓實(shí)密度的目的。

(4)極片工藝

極片的面密度，黏結(jié)劑和導(dǎo)電劑的用量都會(huì)影響壓實(shí)密度，導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑的真密度非常低，加入量越多則極片壓實(shí)密度越低。

因此，極片制作時(shí)使用導(dǎo)電性好的導(dǎo)電劑以降低導(dǎo)電劑用量；另外，調(diào)漿過(guò)程高速分散，使導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑均勻分散等也可提高壓實(shí)密度。