锂电池-材料-粉体技术 - 晓风数据锂航

锂离子电池的正极材料和负极材料是典型的粉末材料。电极材料粉末的粒径、比表面积、填充密度与电池的反应速率和能量密度有关。因此，颗粒形状、内部结构、表面性质等因素对电池的能量密度、输出特性、循环特性有很大影响。

粉末特性直接关系到电池性能，因此电极材料的设计和加工非常重要。本文将介绍粉末技术在锂电池电极材料中的应用。

电极材料及粉末技术

控制电极材料的粒径

电极材料的粒径对锂离子电池的性能起着决定性作用。一般来说，电极材料的粒径会直接影响电池浆料和极片的制备。大粒径的浆料粘度低，流动性好，可使用较少的溶剂，固含量高。当粉末粒径减小时，可在一定程度上提高压实密度和容量。

电极材料的粒径通常采用激光粒度仪进行测试，将累积分布为50%时粒径分布曲线中最大颗粒的当量直径D50视为电极材料的平均粒径。以正极材料为例，正极材料的粒径和分布与前驱体的制备、烧结和粉碎工艺密切相关。

例如，钴酸锂一般以四氧化三钴和碳酸锂为原料制备，其烧结特性非常好，因此对原料的要求相对较低。锰酸锂大多采用与碱锰电池相同的原材料——电解二氧化锰（EMD）。其生产工艺是通过电解工艺沉积一整块MnO2板，然后经剥离、破碎而得到。

通常原料本身存在较大的不规则颗粒，因此采用球形锰源前驱体来控制粒度分布。镍钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等材料工业化时，通常采用化学共沉淀的方式实现Ni、Co、Mn、Al等元素的原子级混合。并通过控制结晶实现高密度，这些都是粉体粒度工艺控制的技术范畴。

控制电极材料的比表面积

一般情况下，电极材料的比表面积越大，电池的倍率特性越好。但它通常更容易与电解质材料发生反应，使循环和储存变差，并且其比表面积与颗粒尺寸和分布、表面孔隙率、表面涂层等密切相关。在钴酸锂体系中，小颗粒率电极材料产品对应的比表面积最大。

由于磷酸铁锂的导电性较差，颗粒被设计成纳米聚集体的形式，表面包覆有无定形碳，从而导致该电极材料在所有正极材料中具有最高的比表面积。与钴基材料相比，锰基材料本身就难以烧结，而且其比表面积一般较大。

如何根据材料的性能特点来控制满足电池需要的比表面积，也是粉体技术研究在电极材料制备中的应用。

控制电极材料的颗粒形貌

通过颗粒形态改善电极材料性能的典型应用是天然石墨的球化。目前，锂离子电池负极材料制造商的应用正逐渐向低成本方向发展，因此全球对天然石墨的研究非常重要。虽然天然石墨作为负极具有比容量大、放电电压稳定的优点，但它也有明显的缺点：

●充电过程中，溶剂分子会与锂离子共嵌入石墨片，导致石墨层“剥离”，造成结构破坏，导致电极循环性能迅速恶化；

同时，普通天然石墨由于层状结构发达，呈片状，填充时很容易与极片平行排列，使得锂离子的扩散距离更长，增加了锂离子的扩散阻力，并降低充放电性能。

天然石墨颗粒球化后，石墨颗粒层状排列分布在各个方向，择优取向更小，分布更均匀。锂离子的扩散路径较短，从而提高了放电效率。

同样，其他材料类型也可以通过适当的球化处理进行改性和改性。同时，球化处理可以使粉末材料具有更好的填充性和均匀分布，进一步提高锂离子电池的体积能量密度和循环性能。

通过包覆其他粉末材料进行表面改性

镍钴锰三元材料是目前应用最广泛的动力电池正极材料。随着人们对高能量密度的需求不断增加，高镍化后结构稳定性差、湿度敏感性等问题给实际应用带来了挑战。锂电百强行业常采用表面涂层来调节材料的性能。

**表面涂层可以有效稳定高镍材料的结构。**表面涂层技术减少了电极材料与电解液的接触面积，从而减少了材料表面杂质与电解液的副反应，提高了三元正极材料表面的电子导电率，提高了循环次数材料的稳定性。常见的表面涂层材料有金属氧化物、磷酸盐和其他稳定的电极材料等，是目前使用的涂层材料。

各种粉体物料的混合、分散

在锂离子电池电极的生产中，需要添加活性材料、粘合剂、溶剂和添加剂等各种成分并搅拌形成浆料。因此，颗粒的分散性和成分的均匀性变得非常重要。电极材料在实际搅拌过程中发生非常复杂的变化，除了较强的物理作用外，还存在一定的化学作用。

即使宏观上达到了均匀性，但在显微镜下仍然存在一些材料颗粒团聚体。因此，电极材料的搅拌不仅是宏观上均匀的，更重要的是微观上相对均匀的。混合越均匀，越有利于提高电池的性能。

此外，两种或多种电极材料的均匀混合还可以提高电池的性能，或者实现一定的成本优化。随着电池技术的不断更新和升级，锂电池均质系统、粉体输送等生产设备也在不断创新和改造。

许多锂电池设备供应商深入研究混合分散机理，以实现更高的产线集成度、更高的效率、更低的能耗、更智能的产线建设。这些是改进工艺、实现制造更高品质产品的基础，也是粉体技术产业化的体现。

结论

粉末技术在锂电池电极材料的加工乃至电池制造过程中有很多应用。粉末加工技术已成为摩托车电池、探鱼器电池等锂电池产品的制备、后处理和电极生产过程中的关键技术，对提高锂离子电池的性能发挥着重要作用，从粉体技术角度值得探讨。

粉体行业涵盖多种行业，其设备和工艺原理往往是交叉的。从粉体角度对锂电池电极材料进行新的认识，有助于整合材料制备和应用技术的关键点，从而找到新的创新点，进一步推动锂电池产业的发展。

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