激光粒度分析儀對(duì)磷酸鐵鋰的粒度檢測(cè)
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一、磷酸鐵鋰電池簡(jiǎn)介
能源的消耗和環(huán)境問題, 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)
磷酸鐵鋰具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、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,是目前最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法相比的,這些也正是動(dòng)力電池最重要的技術(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140 mAh/g(0.2C, 25°C);
4、無記憶效應(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,最快可在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。
電池存在一致性問題。單體磷酸鐵鋰電池壽命目前超過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最慢的單個(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??;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。
江蘇富朗特新能源有限公司是一家專注于鋰離子電池及其系統(tǒng)研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)企業(yè)。公司產(chǎn)品卷繞電池、鋰離子電池為主,廣泛應(yīng)用于電動(dòng)自行車、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車、礦燈、航標(biāo)燈、數(shù)碼產(chǎn)品、醫(yī)療設(shè)備及軍用設(shè)備等。
為了控制鋰電池粒度分布,與濟(jì)南微納合作,采用Winner2005濕法激光粒度分析儀檢測(cè),測(cè)試報(bào)告如下:
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2021-09