鉅大LARGE | 點擊量：2732次 | 2019年07月18日
鋰電池正極極片的壓實密度怎樣提高？
一般來說，在材料允許的壓實范圍內，極片壓實密度越大，電池的容量就能做的越高，所以壓實密度也被看做材料能量密度的參考指標之一。但是一味的追求高壓實，不但替身不了電池的比容量，還會嚴重降低電池比容量和循環性能。
壓實密度越大，材料顆粒之間的擠壓程度會越大，極片的孔隙度就會越小，極片的吸收電解液的性能就會越差，電解液越難以浸潤，那么直接的后果就的材料的比容量發揮較低，電池的保液能力較差，電池循環過程中極化就大，衰減就會較大，內阻增加也尤為明顯。因此合適的正極壓實密度可以增大電池的放電容量，減小內阻，減小極化損失，延長電池的循環壽命，提高鋰離子電池的利用率。在壓實密度過大或過小時，不利于鋰離子的嵌入嵌出。那么影響正極極片壓實密度的壓實密度有哪些呢？影響壓實密度的因素
如何提高壓實密度
目前提高壓實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。例如將三元材料的形貌制備成和鈷酸鋰類似的大單晶；優化三元材料粒度分布；極片制作時使用導電性好的導電劑以降低導電劑用量，調漿過程高速分散，使導電劑和黏結劑均勻分散等等。
下面是從優化三元材料形貌和粒度方面來提升三元材料壓實密度的實例。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
優化形貌
(a)所示是最常見的三元材料形貌，即小單晶的二次團聚體，其輥壓后的極片SEM圖如(b)所示，二次顆粒之間有較大空隙，且部分二次顆粒已經被壓碎，部分沒有接觸到黏結劑的小單晶已經脫落；(c)的形貌為一次單晶三元材料，但比(a)的單晶稍大一些，從其對應極片(d)可以看出，單晶顆粒之間有少量空隙，因為不存在二次顆粒破碎的問題，所以只要黏結劑分散均勻，便不存在單晶從極片脫落的問題；(e)雖然也是二次團聚體，但是單晶很大，單晶和單晶之間接觸并不是很緊密，從其對應極片(f)可以看出，顆粒和顆粒之間的空隙很少，如果使用高速混合機來制備漿料，效果會更好。
優化粒度分布
D50接近的材料，若D10、D90、Dmin、Dmax有差別，也會造成壓實密度不同。粒度分布太窄或粒度分布太寬都會使材料壓實密度降低。對于粒度分布的影響，有的電池廠家會對正極材料生產商提出要求，而有的電池廠家則通過混合不同粒度分布的產品來達到提高壓實密度的目的，如圖所示。
過壓
造成三元材料極片過壓的原因有兩種，一種是電池廠家為了追求電池的高能量密度導致極片過壓，例·如將壓實密度只有3.6g·cm–3左右的三元材料壓至3.7g·cm–3甚至更高；另一種是材料廠家制程控制不嚴格，使不同批次三元材料的壓實密度不一致，電池廠家未分析材料的具體情況，按照常規工藝參數制備極片時將極片過壓。
極片過壓會造成電池容量降低，循環惡化，內阻增加等問題。首先，極片過壓會使球形三元材料大面積破碎，新產生的表面有很多脫離了二次球的一次小顆粒，它們要么因為沒有接觸到PVDF而從極片上掉落，要么因為沒有接觸到導電劑而使極片導電性能局部惡化。新表面的產生也使比表面增大，與電解液的接觸面增大，副反應增加，從而造成電池性能降低，如電池氣脹、循環衰減等。過壓還會造成鋁箔變形，極片脆片，容易折斷，電池內阻增加。
另外，過壓的極片中，材料顆粒之間的擠壓程度過大，造成極片孔隙率低，極片吸收電解液的量也會降低，電解液難以滲透到極片內部，直接的后果就是材料的比容量發揮變差。保液能力差的電池，循環過程中極化很大，衰減很快，內阻增加明顯。
極片是否過壓可以通過觀察極片是否脆片、做電鏡查看材料是否被破碎、估算極片孔隙率等方法來判斷。其中極片孔隙率是判斷極片吸液量、吸液速率的一項重要指標，對電池性能產生直接影響。
極片孔隙率是指極片輥壓后內部孔隙的體積占輥壓后極片總體積的百分率。極片孔隙率過低會降低電解液量對極片浸潤速率，影響電池性能發揮，過高會降低電池能量密度，浪費有效空間。不能為了追求能量密度而過度提高壓實密度。孔隙率的測試可以采用壓汞法、氮吸附、吸液法、估算法等，壓汞法為常用方法。吸液法具體操作步驟如下：裁取適量極片，并計量所述極片的質量m；計量所述極片的體積V；將所述極片放置到容器中，所述容器內設置有電解液或其他溶劑（溶劑密度為ρ），將所述極片完全浸泡，并浸泡一定時間；取出所述極片，放置于濾紙上，吸拭至恒重，計量所述極片的質量m1；根據公式ε=（m1–m）/ρV×100％，計算極片的孔隙率ε。估算法較為簡單，根據材料的真密度與極片壓實密度的差值可以估算極片的孔隙率。
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