激光粒度分析儀對磷酸鐵鋰的粒度檢測

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一、磷酸鐵鋰電池簡介

能源的消耗和環(huán)境問題, 使電動車市場成為熱點。電動車成敗的關(guān)鍵之一是電池，在現(xiàn)有的多種動力電池中，具有電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長、環(huán)保等優(yōu)點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到90%以上，而鉛酸電池大約為80%。磷酸鐵鋰作為鋰動力電池材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國內(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

磷酸鐵鋰具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優(yōu)點，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；不含任何對人體有害的重金屬元素；

2、壽命長：理論壽命可以達到七八年，實際使用壽命也有三五年，性能價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，這些也正是動力電池最重要的技術(shù)指標。1C充放循環(huán)壽命達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，而磷酸鐵鋰電池無此現(xiàn)象，電池無論處于什么狀態(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，例如磷酸鐵鋰正極材料的振實密度較小，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。

由于磷酸鐵鋰材料的固有特點，決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下，對于單只電芯(注意是單只而非電池組，對于電池組而言，實測的低溫性能可能會略高，這與散熱條件有關(guān))而言，其0℃時的容量保持率約60～70%，-10℃時為40～55%，-20℃時為20～40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。當前一些廠家通過改進電解液體系、改進正極配方、改進材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計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，但電池組的壽命會大打折扣，有可能是500次。因為電池組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，即使每個人都是短跑健將，如果大家的動作一致性不高，隊伍就跑不快，整體速度甚至比跑得最慢的單個選手的速度還要慢。電池組同理，只有在電池性能高度一致時，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，而且報廢后基本上不能回收再利用，沒有可回收價值。

三、磷酸鐵鋰電池粒徑檢測的重要性

粒徑對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℃低倍率放電時中值電壓高于大粒徑的磷酸鐵鋰電池。但是當電池在低溫高倍率放電時，顆粒之間的接觸電阻會成為影響電池低溫放點性能的主要因素，小粒徑的磷酸鐵鋰材料顆粒間接觸點增多，電阻也會增加，因此小粒徑的磷酸鐵鋰電池的低溫大倍率放點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、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)用于電動自行車、電動工具、電動汽車、礦燈、航標燈、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，與濟南微納合作，采用Winner2005濕法激光粒度分析儀檢測，測試報告如下：