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锂电池性能评估中压实密度的影响因素

2019-05-04 11:03:34 来源：原创

锂电池性能评估中压实密度的影响因素

锂离子动力电池在制作过程中，压实密度对电池性能有较大的影响。通过实验证明，压实密度与片比容量，效率，内阻，以及电池循环性能有密切的关系。
找出*佳压实密度对电池设计很重要。一般来说，压实密度越大，电池的容量就能做的越高，所以压实密度也被看做材料能量密度的参考指标之一。
压实密度不光和颗粒的大小、密度有关系，还和粒子的级配有关系，压实密度大的一般都有很好的粒子正态分布。可以认为，工艺条件一定的条件下，压实密度越大，电池的容量越高。
合适的正极压实密度可以增大电池的放电容量，减小内阻，减小极化损失，延长电池的循环寿命，提高锂离子电池的利用率。在压实密度过大或过小时，不利于锂离子的嵌入嵌出。

锂离子电池一般工艺是将活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂一起配制浆料，利用涂布设备在集流体(一般是铜箔或者铝箔)涂布一层具有一定厚度的浆料，经过烘干后再进行反面涂布。
　　经过双面涂布的电极一般会经过一到两次碾压，以便控制电极的孔隙率和密度，*后电极会进行分切，并卷绕电芯，*后组合成为电池，经过注液化成，就可以用于商业锂离子电池。
　　研究发现，除了锂离子电池电极活性物质的固有属性，电极的微观结构对电池的能量密度和电化学性能也有十分重大的影响。
　　在未经碾压的电极中，仅有50%的空间被活性物质所占据，提高压实密度，可以有效的提高电极的体积能量密度和重量能量密度，但是这也会影响电极结构，例如孔隙率、比表面积、孔径分布和弯曲度等，同时也会影响电极中粘结剂和导电剂的分布，这会对锂离子电池的电化学性能产生显著的影响。

　　美国的印第安那波利斯普渡大学的Cheolwoong Lim等利用了目前*先进的X射线纳米断层扫描技术(nano-CT)研究了LiCoO2电极压实密度对电极电极结构和电化学性能的影响。
首先Cheolwoong Lim利用相同的工艺制备了多片LiCoO2极片，并将其碾压至不同厚度，他们首先利用同步传输X射线显微镜(XMT)重建了不同极片的孔隙结构，然后极片会制成扣式电池用于测试极片的电化学性能。

　　电极浆料配比为活性物质，粘结剂和炭黑94：3：3，在NMP中分散，然后涂布于铝箔上，涂布厚度从40μm到80μm，*后这些电极都将被碾压到40μm以得到不同的压实密度，极片的压实密度从2.2g/cm3到3.6g/cm3。
　　通过nano-CT技术检测极片发现，随着压实密度的上升，碳和粘结剂的体积密度会上升，孔隙率会下降，比表面积上升，弯曲度上升，接触电阻下降，电极电解液界面膜SEI阻抗会降低，电荷交换阻抗下降。
　　从XMT的测试结果可以看到，随着压实密度从2.2g/cm3提升到3.6g/cm3，电极的孔隙率会从50%左右下降到了30%左右。

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