激光粒度儀對(duì)磷酸鐵鋰的粒度檢測(cè)

一、磷酸鐵鋰電池簡(jiǎn)介

 

    能源的消耗和環(huán)境問(wèn)題, 使電動(dòng)車市場(chǎng)成為熱點(diǎn)。電動(dòng)車成敗的關(guān)鍵之一是電池，在現(xiàn)有的多種動(dòng)力電池中，具有電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的鋰離子電池將成為主導(dǎo)。鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。

 

    磷酸鐵鋰電池LiFePO4，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子二次電池，主要用作動(dòng)力電池，而且它的放電效率較高，倍率放電情況下充放電效率可達(dá)到90%以上，而鉛酸電池大約為80%。磷酸鐵鋰作為鋰動(dòng)力電池材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國(guó)內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年。

 

二、磷酸鐵鋰電池性能特點(diǎn)

 

   磷酸鐵鋰具有無(wú)毒、無(wú)污染、安全性能好、原材料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。

 

1、安全性高：在電池中，磷酸鐵鋰電池的安全性也高于其他電池，是目前zui安全的鋰離子電池正極材料； 不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素；

 

2、壽命長(zhǎng)：理論壽命可以達(dá)到七八年，實(shí)際使用壽命也有三五年，性能價(jià)格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無(wú)法相比的，這些也正是動(dòng)力電池zui重要的技術(shù)指標(biāo)。1C充放循環(huán)壽命達(dá)2000次。單節(jié)電池過(guò)充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用，以滿足電動(dòng)車頻繁充放電的需要。

 

3、高能量密度：其理論比容量為170mAh/g，產(chǎn)品實(shí)際比容量可超過(guò)140 mAh/g（0.2C, 25°C）;

 

4、無(wú)記憶效應(yīng)：可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會(huì)迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無(wú)須先放完再充電

 

充電性能：磷酸鐵鋰正極材料的鋰電池，可以使用大倍率充電，zui快可在1小時(shí)內(nèi)將電池充滿。

 

5、體積小、重量輕：同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3重量是鉛酸電池的1/3。

 

   磷酸鐵鋰電池也有其缺點(diǎn)，例如磷酸鐵鋰正極材料的振實(shí)密度較小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池，因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢(shì)。

 

    由于磷酸鐵鋰材料的固有特點(diǎn)，決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下，對(duì)于單只電芯(注意是單只而非電池組，對(duì)于電池組而言，實(shí)測(cè)的低溫性能可能會(huì)略高，這與散熱條件有關(guān))而言，其0℃時(shí)的容量保持率約60～70%，-10℃時(shí)為40～55%，-20℃時(shí)為20～40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足動(dòng)力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠家通過(guò)改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升。

 

    電池存在一致性問(wèn)題。單體磷酸鐵鋰電池壽命目前超過(guò)2000次，但電池組的壽命會(huì)大打折扣，有可能是500次。因?yàn)殡姵亟M是由大量單體電池串并而成，其工作狀態(tài)好比一群人用繩子綁在一起跑步，即使每個(gè)人都是短跑健將，如果大家的動(dòng)作一致性不高，隊(duì)伍就跑不快，整體速度甚至比跑得zui慢的單個(gè)選手的速度還要慢。電池組同理，只有在電池性能高度一致時(shí)，壽命發(fā)揮才能接近單體電池的水平。

 

   此外，磷酸鐵鋰電池的價(jià)格高于其他類型的電池。而且，電池容量較小，續(xù)航里程短，而且報(bào)廢后基本上不能回收再利用，沒(méi)有可回收價(jià)值。

 

三、磷酸鐵鋰電池粒徑檢測(cè)的重要性

 

   粒徑對(duì)電池低溫性能影響較大，粒徑減小，鋰離子在磷酸鐵鋰粒子內(nèi)部擴(kuò)散路徑減小；材料活性比表面積增大，電化學(xué)反應(yīng)活性增加。粒徑小的磷酸鐵鋰電池在-30℃低倍率放電時(shí)中值電壓高于大粒徑的磷酸鐵鋰電池。但是當(dāng)電池在低溫高倍率放電時(shí)，顆粒之間的接觸電阻會(huì)成為影響電池低溫放點(diǎn)性能的主要因素，小粒徑的磷酸鐵鋰材料顆粒間接觸點(diǎn)增多，電阻也會(huì)增加，因此小粒徑的磷酸鐵鋰電池的低溫大倍率放點(diǎn)電壓反而低于大粒徑的磷酸鐵鋰電池。

 

   從大量的制漿經(jīng)驗(yàn)以及行業(yè)同行的交流反饋來(lái)看，粒度分布幾乎決定了磷酸鐵鋰材料的加工性能，其關(guān)鍵指標(biāo)是D50。磷酸鐵鋰根據(jù)廠家不同的工藝，基本分兩種：  A:1um ≤D50 ≤ 2.5um，(大多數(shù)廠商) B: 3.5um ≤D50 ≤ 8um，（少數(shù)廠商） 以上兩種材料，B的加工性能要好于A。  顆粒越小，同等質(zhì)量的材料的顆粒數(shù)量越多，同樣的工藝條件下分散越困難。粒度分布寬窄極板的柔韌性，壓實(shí)密度；粒度大小影響電池內(nèi)阻。